動葉與周向傾斜靜葉的級間非定常流動及氣動聲學(xué)研究.pdf

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

2、低發(fā)動機(jī)的推重比。本文在不增加動靜間隙的基礎(chǔ)上，通過后置靜葉的周向傾斜，調(diào)節(jié)動靜級間非定常脈動力的徑向相位適配來降低動靜干涉噪聲。
　　本文以1.5級軸流壓氣機(jī)為對象，針對后置靜葉周向傾斜對動靜葉片干涉引起的非定常流動和氣動噪聲進(jìn)行了系統(tǒng)地研究。通過實驗測量、數(shù)值模擬以及噪聲預(yù)測等手段，獲得了靜葉傾角對壓氣機(jī)內(nèi)部流場特性以及氣動聲學(xué)特性的影響，討論了靜葉傾斜的降噪機(jī)理，重點關(guān)注了靜葉傾角對動葉尾跡的調(diào)相作用，發(fā)展了基于管道聲學(xué)模態(tài)

3、的動靜干涉噪聲預(yù)測方法。本文主要內(nèi)容包括:
　　1.設(shè)計搭建了1.5級軸流壓氣機(jī)氣動-聲學(xué)性能試驗臺，測量了-25°、0°、25°靜葉周向傾角對壓氣機(jī)氣動性能的影響，獲得了壓氣機(jī)裝置在這三種代表性靜葉傾角時的空氣動力學(xué)特性曲線。采用動態(tài)壓力傳感器以及旋轉(zhuǎn)機(jī)匣的方式，對管道聲學(xué)模態(tài)進(jìn)行了測量，捕獲了一階諧波下靜動干涉的模態(tài)。
　　2.針對1.5級和單級壓氣機(jī)模型，采用數(shù)值計算的方法對具有不同靜葉傾角的壓氣機(jī)內(nèi)部流動開展了非定常

4、研究，并通過性能曲線和動態(tài)壓力傳感器的測量結(jié)果驗證了數(shù)值計算的準(zhǔn)確性。通過對非定常數(shù)值計算結(jié)果分析，揭示了動葉尾跡在靜葉通道內(nèi)的發(fā)展過程以及對靜葉表面附面層流動的影響，深入分析了靜葉傾角對動靜級間動葉尾跡徑向相位分布的影響，同時對靜葉表面的擾動系數(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)識了靜葉傾角對壓氣機(jī)動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動靜級間動葉尾跡的徑向分布，增加了動葉尾跡掃過靜葉前緣的時間，從而

5、降低靜葉表面的非定常力。
　　3.測量了壓氣機(jī)動靜交界面以及進(jìn)口位置的噪聲分布，具體分析了靜葉傾角對于進(jìn)口位置噪聲分布指向性的影響，討論了靜葉傾角對動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):通過傾斜靜葉能夠有效的控制動靜干涉單音噪聲，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)了適用于動靜干