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北京航空航天大学学报 2023年第4期49卷 922-931页

作者：赵天铭侯杰萱柳阳威北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 北京航空航天大学航空发动机气动热力国家级重点实验室北京100191

激波噪声是大涵道比涡扇发动机噪声的主要来源。为降低风扇/压气机叶片叶尖产生的激波噪声,对轴向亚音、相对超音的基元级叶型前缘脱体激波系进行研究。基于几何Hermit差值法(GHI)思想,提出一种3段式贝塞尔(Bezier)曲线构造曲率连续前... 详细信息

激波噪声是大涵道比涡扇发动机噪声的主要来源。为降低风扇/压气机叶片叶尖产生的激波噪声,对轴向亚音、相对超音的基元级叶型前缘脱体激波系进行研究。基于几何Hermit差值法(GHI)思想,提出一种3段式贝塞尔(Bezier)曲线构造曲率连续前缘叶型的方法,在完成改型设计时拥有更高的自由度。通过改变前缘上3段Bezier曲线间过渡点位置,探究局部曲率优化、整体曲率优化及带厚度补偿的改型方式对前缘处外伸激波强度和激波噪声的影响。通过对比研究不同数值模拟,结果表明:曲率连续前缘设计能减小叶型前缘处过膨胀区大小,减小由此产生的逆压梯度;局部曲率优化和整体曲率优化的方式能够分别在距前缘1倍弦长处降低噪声1.6 dB和4.6 dB。

关键词：超音叶栅前缘曲率连续贝塞尔曲线脱体激波激波噪声

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一种面向激波噪声计算的加权优化紧致格式及非线性效应分析

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力学学报 2022年第10期54卷 2747-2759,I0003页

作者：李虎罗勇刘旭亮武从海韩帅斌王益民中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室四川绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所四川绵阳621000

在超声速流动中,激波与湍流结构的相互作用会产生高强度的激波噪声.激波噪声的高保真计算要求激波捕捉格式具有高阶精度、低耗散和低色散特性,同时还要尽可能地减弱格式的非线性效应.现有的六阶精度迎风/对称混合型加权非线性紧致格式CC... 详细信息

在超声速流动中,激波与湍流结构的相互作用会产生高强度的激波噪声.激波噪声的高保真计算要求激波捕捉格式具有高阶精度、低耗散和低色散特性,同时还要尽可能地减弱格式的非线性效应.现有的六阶精度迎风/对称混合型加权非线性紧致格式CCSSR-HW-6在基于对称模板构造网格中心处的数值通量时引入了两级加权,且两级加权都需要构造非线性的权系数,因而非线性效应较强.本文以修正波数的误差积分函数为优化目标函数,优化了CCSSR-HW-6格式的非线性特性,建立了加权优化紧致格式WOCS.精度验证表明WOCS格式的精度高于5阶.谱特性分析表明,与原方法相比, WOCS格式的耗散误差和非线性效应显著降低.典型激波噪声问题数值实验表明:WOCS格式不仅提高了对高频波的分辨能力,而且显著地消除了数值解中因格式的非线性效应所导致的非物理振荡.

关键词：激波噪声激波捕捉格式紧致格式非线性效应

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叶型曲率分布对风扇/压气机激波噪声的影响机理研究

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工程热物理学报 2022年第5期43卷 1203-1209页

作者：侯杰萱柳阳威北京航空航天大学能源与动力工程学院航空发动机气动热力国家级重点实验室北京100191 先进航空发动机协同创新中心北京100191

数值研究了压气机转子叶型曲率分布对激波噪声的影响,分析了叶型曲率分布对前伸激波强度及其与膨胀波的相互作用的规律,提出通过优化叶片前缘至极限特征线之间的叶型曲率分布,以降低前伸激波初始强度,并增强膨胀波与前伸激波的相互作用... 详细信息

数值研究了压气机转子叶型曲率分布对激波噪声的影响,分析了叶型曲率分布对前伸激波强度及其与膨胀波的相互作用的规律,提出通过优化叶片前缘至极限特征线之间的叶型曲率分布,以降低前伸激波初始强度,并增强膨胀波与前伸激波的相互作用,使前伸激波在前传过程中进一步衰减,从而达到从声源及传播途径两个方面对激波噪声进行有效控制的目的。结果表明,本文提出的改型方法能够在保证叶型厚度基本不变的同时有效降低激波噪声。

关键词：数值模拟压气机叶片造型激波噪声曲率分布

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某大涵道比涡扇发动机风扇激波噪声降噪设计

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航空科学技术 2019年第5期30卷 25-28页

作者：李旦望杨小贺夏烨唐慧敏中国航发商用航空发动机有限责任公司上海201108 上海商用飞机发动机工程技术研究中心上海201108

为了研究民用大涵道比涡扇发动机风扇叶片弯掠造型对风扇激波噪声的影响,本文在基准风扇叶型的基础上,增大风扇叶片尖部前掠,加宽风扇叶片中下部和根部,设计了一种改型风扇叶片,并对基准风扇和改型风扇的前缘脱体激波噪声的一维传播特... 详细信息

为了研究民用大涵道比涡扇发动机风扇叶片弯掠造型对风扇激波噪声的影响,本文在基准风扇叶型的基础上,增大风扇叶片尖部前掠,加宽风扇叶片中下部和根部,设计了一种改型风扇叶片,并对基准风扇和改型风扇的前缘脱体激波噪声的一维传播特性进行了对比分析。结果表明,在海平面标准大气条件起飞工况和最大爬升工况下,改型风扇的激波噪声水平较基准风扇叶型低,证明该风扇叶型的弯掠改型设计有助于降低风扇激波噪声。

关键词：大涵道比涡扇发动机风扇弯掠造型激波噪声降噪设计

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吸力面波系分布对风扇激波噪声的影响

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工程热物理学报 2018年第11期39卷 2389-2397页

作者：葛健柳阳威周振华陆利蓬孙晓峰北京航空航天大学能源与动力工程学院航空发动机气动热力国家级重点实验室北京100191 先进航空发动机协同创新中心北京100191 北京空间机电研究所北京100076

数值探究了前缘和吸力面的形状对风扇激波噪声的影响,分析讨论了吸力面上膨胀波和压缩波与前伸激波的干涉对激波噪声的影响机理,提出了降低风扇激波噪声的前缘和吸力面改型方法,分别在一个二维超声叶型和一个三维跨声转子上进行实验。... 详细信息

数值探究了前缘和吸力面的形状对风扇激波噪声的影响,分析讨论了吸力面上膨胀波和压缩波与前伸激波的干涉对激波噪声的影响机理,提出了降低风扇激波噪声的前缘和吸力面改型方法,分别在一个二维超声叶型和一个三维跨声转子上进行实验。结果表明优化后的前缘和吸力面形状可有效减弱吸力峰的强度,消除气流在前缘附近的过膨胀和再压缩过程,改善吸力面的波系分布,可降低二维超声叶型的激波噪声约3 dB,降低三维跨声转子的激波噪声约1.5 dB。

关键词：激波噪声前缘叶型优化吸力峰

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航空发动机风扇激波噪声数值预测

航空发动机风扇激波噪声数值预测

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第八届中国航空学会青年科技论坛

作者：唐慧敏李旦望夏烨英基勇中国航发商用航空发动机有限责任公司

本文开发了一套风扇激波噪声数值预测的程序。分析了激波噪声数值预测中,不同数值差分格式,流场及声场网格密度等因素对预测结果的影响。

关键词：航空发动机激波噪声数值预测

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含激波、旋涡和声波的复杂多尺度流动数值模拟研究

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空气动力学学报 2018年第3期36卷 449-462页

作者：张树海李虎王益民中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室四川绵阳621000

近年来针对激波噪声计算,我们开展了较为系统性的数值方法研究,解决了计算激波噪声的一些方法上存在的问题。通过对典型问题的直接数值模拟,包括旋涡之间相互作用、激波与旋涡相互作用、激波与剪切层相互作用等模型问题和超声速喷流激... 详细信息

近年来针对激波噪声计算,我们开展了较为系统性的数值方法研究,解决了计算激波噪声的一些方法上存在的问题。通过对典型问题的直接数值模拟,包括旋涡之间相互作用、激波与旋涡相互作用、激波与剪切层相互作用等模型问题和超声速喷流激波噪声问题,揭示了一系列激波噪声产生机理。本文对这些研究进行简要回顾。

关键词：激波噪声高精度数值方法直接数值模拟

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超声速喷流宽频激波噪声的数值模拟研究

超声速喷流宽频激波噪声的数值模拟研究

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中国力学大会——2013

作者：李文浩高振勋蒋崇文李椿萱北京航空航天大学国家流体力学实验室

首先对NASA在超声速喷流宽频激波噪声方面的最新模型进行了理论研究,该宽频激波噪声模型是当前所有预测模型中唯一不局限于喷口形状以及喷流的工作状况,而且克服了Harper和Tam的声源模型中对于实验测量的依赖。基于该噪声模型开展了圆... 详细信息

首先对NASA在超声速喷流宽频激波噪声方面的最新模型进行了理论研究,该宽频激波噪声模型是当前所有预测模型中唯一不局限于喷口形状以及喷流的工作状况,而且克服了Harper和Tam的声源模型中对于实验测量的依赖。基于该噪声模型开展了圆形及方形喷菅在非完全膨胀时产生的宽频激波噪声的雷诺平均(RANS)数值模拟,并对计算结果经行了深入的分析和验证。时均流场在静压,总压,以及当地马赫数方面与实验测量值相比取得

关键词：激波噪声数值模拟研究

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二维激波与剪切层相互作用的直接数值模拟研究

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力学学报 2013年第1期45卷 61-75页

作者：刘旭亮张树海中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室四川绵阳621000

采用五阶weighed esseritially non-oscillatory(WENO)格式和三阶total variation diminishing(TVD)Runge--Kutta格式,通过求解二维非定常Navier--Stokes方程,直接数值模拟了激波与剪切层相互作用,目的在于揭示激波与剪切层相互作用过程中噪声产生的机理.研究发现:(1)当入射激波穿过剪切层时,剪切层中心位置向下层区域偏移;(2)入射激波穿过剪切层产生小激波,在小激波与剪切层接触点处产生声波并向外辐射;(3)反射激波穿过剪切层后形成了分段弧状激波;(4)当反射激波穿过剪切层时,激波在鞍点处泄漏并向外辐射声波,这是一种激波泄漏机制.

关键词：激波剪切层直接数值模拟激波噪声

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激波与剪切层相互作用的直接数值模拟研究

激波与剪切层相互作用的直接数值模拟研究

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作者：刘旭亮中国空气动力研究与发展中心

学位级别：硕士

激波与剪切层相互作用包含十分丰富的内容，不仅会引起激波变形，改变剪切层的空间发展规律，还会产生噪声——激波噪声。在许多工程中，激波噪声是相当严重的问题。强烈的激波噪声是发展超声速运输机的重要障碍;战斗机的气动噪声主要... 详细信息

激波与剪切层相互作用包含十分丰富的内容，不仅会引起激波变形，改变剪切层的空间发展规律，还会产生噪声——激波噪声。在许多工程中，激波噪声是相当严重的问题。强烈的激波噪声是发展超声速运输机的重要障碍;战斗机的气动噪声主要来自激波噪声，其武器仓内的强气动噪声会破坏武器仓的结构。准确地计算激波噪声是气动声学的重要研究方向。直接数值模拟激波与剪切层的相互作用面临的主要挑战有四点：(1)产生噪声的流动是非定常的;(2)声学脉动量和流体力学量的数量级差异很大;(3)近场流场和远场声场的空间尺度有着显著的差异;(4)能够准确模拟激波的运动。针对这些要求，模拟激波与剪切层的相互作用的数值格式必须具有高阶精度、高分辨率、低耗散的特性，并且能够捕捉激波。针对上述问题，本文发展了一类线性强中心紧致格式(SCCS格式)，通过一系列数值算例表明我们设计的SCCS格式具有高阶精度、高分辨率、低耗散的性质，比较适合于气动噪声的计算。高阶WENO格式具有良好的捕捉激波的能力，我们采用五阶有限差分WENO格式和三阶TVD Runge-Kutta格式，通过求解二维非定常Navier-Stokes方程，直接数值模拟了激波与剪切层相互作用的问题。本文分为以下五章，各章内容分别如下：第一章是本文引言部分，简要介绍了本文研究的物理背景，阐述了激波与剪切层相互作用的模型问题的研究进展，回顾了高阶精度格式的研究概况。第二章详细介绍了控制方程和数值方法，包括空间离散方法和时间离散方法。空间离散方法主要介绍了五阶WENO格式和SCCS格式的构造方法，时间离散方法主要介绍了三阶TVD Runge-Kutta格式和四阶LDDRK格式。第三章采用我们设计的SCCS格式和三阶TVD Runge-Kutta格式来计算了一系列问题。通过对二维和三维Euler方程以及Navier-Stokes方程的数值模拟，我们发现SCCS格式耗散误差很小，具有非常好的长时间模拟能力，适合于声学和湍流等多尺度问题的数值模拟。第四章直接数值模拟了激波与剪切层相互作用，分析了激波噪声的产生位置和传播规律。当入射激波穿过剪切层的每个旋涡时，会产生小激波，在小激波与剪切层接触点处产生声波并向外辐射;激波在旋涡之间的鞍点处发生泄漏，从而使透射激波的形状变的弯曲，并且在鞍点处向外辐射声波，这是一种激波泄漏机制。第五章是结束语，概括总结了本文的研究工作，简要介绍了本文的创新点，说明了下一步需要研究的方向。

关键词：激波剪切层气动声学直接数值模拟激波噪声 WENO格式线性紧致格式

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