動(dòng)葉與周向傾斜靜葉的級(jí)間非定常流動(dòng)及氣動(dòng)聲學(xué)研究.pdf

1、隨著商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)推力的不斷增加，大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇噪聲在飛機(jī)起飛/降落過(guò)程中也越來(lái)越大，如何降低風(fēng)扇噪聲是商用客機(jī)取得適航認(rèn)證必須考慮的問(wèn)題。動(dòng)靜干涉噪聲是風(fēng)扇噪聲的主要組成部分，降低風(fēng)扇噪聲通常采用技術(shù)手段有匹配動(dòng)靜葉片數(shù)、鋪設(shè)管道聲襯、采用彎掠動(dòng)葉和增加動(dòng)靜間隙等。在滿足前兩種方法的基礎(chǔ)上，改變動(dòng)靜葉片的幾何結(jié)構(gòu)和相對(duì)位置成為當(dāng)前主要的降噪方法。增加動(dòng)靜葉片排間隙能夠有效的降低動(dòng)靜干涉噪聲，但會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)短艙尺寸的增加進(jìn)而降

2、低發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比。本文在不增加動(dòng)靜間隙的基礎(chǔ)上，通過(guò)后置靜葉的周向傾斜，調(diào)節(jié)動(dòng)靜級(jí)間非定常脈動(dòng)力的徑向相位適配來(lái)降低動(dòng)靜干涉噪聲。
　　本文以1.5級(jí)軸流壓氣機(jī)為對(duì)象，針對(duì)后置靜葉周向傾斜對(duì)動(dòng)靜葉片干涉引起的非定常流動(dòng)和氣動(dòng)噪聲進(jìn)行了系統(tǒng)地研究。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量、數(shù)值模擬以及噪聲預(yù)測(cè)等手段，獲得了靜葉傾角對(duì)壓氣機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)特性以及氣動(dòng)聲學(xué)特性的影響，討論了靜葉傾斜的降噪機(jī)理，重點(diǎn)關(guān)注了靜葉傾角對(duì)動(dòng)葉尾跡的調(diào)相作用，發(fā)展了基于管道聲學(xué)模態(tài)

3、的動(dòng)靜干涉噪聲預(yù)測(cè)方法。本文主要內(nèi)容包括:
　　1.設(shè)計(jì)搭建了1.5級(jí)軸流壓氣機(jī)氣動(dòng)-聲學(xué)性能試驗(yàn)臺(tái)，測(cè)量了-25°、0°、25°靜葉周向傾角對(duì)壓氣機(jī)氣動(dòng)性能的影響，獲得了壓氣機(jī)裝置在這三種代表性靜葉傾角時(shí)的空氣動(dòng)力學(xué)特性曲線。采用動(dòng)態(tài)壓力傳感器以及旋轉(zhuǎn)機(jī)匣的方式，對(duì)管道聲學(xué)模態(tài)進(jìn)行了測(cè)量，捕獲了一階諧波下靜動(dòng)干涉的模態(tài)。
　　2.針對(duì)1.5級(jí)和單級(jí)壓氣機(jī)模型，采用數(shù)值計(jì)算的方法對(duì)具有不同靜葉傾角的壓氣機(jī)內(nèi)部流動(dòng)開(kāi)展了非定常

4、研究，并通過(guò)性能曲線和動(dòng)態(tài)壓力傳感器的測(cè)量結(jié)果驗(yàn)證了數(shù)值計(jì)算的準(zhǔn)確性。通過(guò)對(duì)非定常數(shù)值計(jì)算結(jié)果分析，揭示了動(dòng)葉尾跡在靜葉通道內(nèi)的發(fā)展過(guò)程以及對(duì)靜葉表面附面層流動(dòng)的影響，深入分析了靜葉傾角對(duì)動(dòng)靜級(jí)間動(dòng)葉尾跡徑向相位分布的影響，同時(shí)對(duì)靜葉表面的擾動(dòng)系數(shù)以及靜葉受到的非定常力及其相位進(jìn)行了深入探討，認(rèn)識(shí)了靜葉傾角對(duì)壓氣機(jī)動(dòng)靜干涉表面聲源的影響。研究發(fā)現(xiàn):正傾斜靜葉能夠有效的拉長(zhǎng)動(dòng)靜級(jí)間動(dòng)葉尾跡的徑向分布，增加了動(dòng)葉尾跡掃過(guò)靜葉前緣的時(shí)間，從而

5、降低靜葉表面的非定常力。
　　3.測(cè)量了壓氣機(jī)動(dòng)靜交界面以及進(jìn)口位置的噪聲分布，具體分析了靜葉傾角對(duì)于進(jìn)口位置噪聲分布指向性的影響，討論了靜葉傾角對(duì)動(dòng)靜葉片干涉離散單音噪聲、寬頻噪聲以及單音噪聲占比的影響。研究發(fā)現(xiàn):通過(guò)傾斜靜葉能夠有效的控制動(dòng)靜干涉單音噪聲，正傾斜靜葉的降噪效果要優(yōu)于反傾，且傾斜角度應(yīng)大于10°以獲取較好的降噪效果。
　　4.結(jié)合波動(dòng)方程、管道格林函數(shù)和環(huán)形管道的Helmholtz方程等，推導(dǎo)了適用于動(dòng)靜干