基于Sobol’法的可变形状空腔全局灵敏度分析

高速气流经过空腔结构产生的高强度空腔噪声极易诱发空腔内结构共振而导致腔内元器件声疲劳破坏。提出了一种可变形状空腔控制方法,该控制方法通过机械装置调节空腔前、后壁面的倾斜角度达到降低空腔噪声的目的;在Ma=0.85条件下,利用大涡模拟(LES)预测空腔内的流体流动,以可变形状空腔的前、后壁面的倾斜角度作为设计变量,以空腔底板表面噪声载荷的主模态幅值作为响应,利用基于MSE准则的Kriging方法建立二自由度可变形状空腔的代理模型,利用Sobol’法分析模型的全局灵敏度。发现,可变形状空腔的前、后壁面倾斜可以明显抑制空腔底板表面噪声载荷的主模态幅值,其中后壁面倾斜的全局灵敏度为前壁面倾斜的1.712倍,并且前、后壁面倾斜对空腔底板表面噪声载荷的主模态幅值的交互影响小。

基于DMD方法的可变形状空腔流动模态分析

空腔自激振荡现象广泛存在于航空航天领域,剧烈的压力振荡会造成空腔内部零部件的结构疲劳和破坏,因此研究空腔噪声的控制方法具有重大意义。提出一种可变形状空腔,在空腔内部安装一种曲柄滑块机构从而调整底面和后壁面的倾斜角度。通过直接数值模拟法对马赫数为0.5、低雷诺数下的可变形状空腔流动进行数值仿真。结果表明随着后壁面倾斜角度的增大,监测点处的模态声压级、总声压级均逐渐减小,表明空腔内部流场流动更加平稳,压力振荡明显减弱。此外,通过动态模态分解(DMD)方法对不同后壁面倾斜角度的可变形状空腔进行动态模态分析。研究发现所有的DMD模态均为收敛模态,且随着后壁面倾斜角度的增大,流动越趋于稳定极限环状态;主模态频率所对应的DMD模态结构不同,主要表现为正、负向大尺度结构的位置不同且随着倾斜角度的增大,结构尺度逐渐减小。