在常规气动声学研究中,机翼结构往往被视为不会与流体发生耦合作用的刚性体,认为流体压力不会引起机翼结构振动。但实际上机翼结构在外部流体激励作用下会产生振动,结构振动会起流场变化进而引起气动噪声变化。对于弹性较大的机翼结构忽略这种流固耦合振动噪声效应会导致数值模拟结果偏离实际情况。为了研究流固耦合振动效应对气动噪声预测结果的影响,以NACA0012翼型为对象,采用CFD/CSD耦合数值方法求解翼型流场和结构场的非定常响应,再通过FW-H方程评估翼型的远场辐射气动噪声。仿真结果表明考虑流固耦合效应时翼型的气动噪声要显著大于刚体模型情况,并且噪声声源指向性发生明显改变。对机翼表面涡量分析发现,机翼的振动改变了机翼表面压力分布,导致机翼表面湍流动能增强,进而造成机翼辐射气动噪声的增大;并且弹性机翼辐射的气动...

低速轴流风机是民用家电产品的主要气动噪声源,对其远场气动噪声准确预测有着极高的难度。文章采用基于CFD和FW-H的混合方法,针对某型低速轴流风机进行了气动噪声预测,通过不同积分面的选取展示了以固体表面作为积分面和不同可穿透积分面对远场气动噪声预测结果的差异。通过与实验结果的对比,展示了混合方法对远场气动噪声预测的准确性。远场气动噪声预测结果能够有效展示低速轴流风机的气动噪声特性。

基于计算流体力学(CFD)建立了适用于多旋翼飞行器的流场计算模型,采用嵌套网格方法模拟旋翼运动、双时间方法进行时间推进,分析变距四旋翼飞行器的气动力特性。在此基础上,采用FW-H(Ffowcs Williams-Hawkings)方程计算了变距四旋翼飞行器的噪声特性(包括考虑和不考虑旋翼间气动干扰两种情况)。计算结果表明,由于旋翼间的气动干扰,致使变距四旋翼的载荷噪声较大,进而导致总噪声较大。在对变距四旋翼飞行器噪声进行仿真时,考虑旋翼间气动干扰是必要的。

采用高效的自由尾迹方法求解旋翼流场,在获得旋翼桨叶气动载荷的基础上,利用基于紧致源模型的FW-H方法进行旋翼载荷噪声计算。旋翼厚度噪声预测方面,使用三维网格对桨叶外形进行描述以提高精度。基于建立的旋翼气动噪声预测方法,开展了旋翼操纵量(总距、周期变距)、桨叶挥舞运动以及轴倾角等旋翼运动参数对气动噪声的影响分析。重点针对典型桨-涡干扰状态,分析了参数对桨-涡干扰(BVI)噪声指向性的影响规律。结果表明,旋翼运动参数尤其是桨叶周期变距运动,对气动噪声特性的影响较大,获得准确的桨叶运动参数和旋翼轴倾角是提升噪声预测精度的途径之一。

通过风洞试验对某高速动车组整车、受电弓及转向架远场气动噪声特性进行分析。试验结果表明,高速动车组远场气动噪声是一宽频噪声,总声能随速度的6.6次方增加;由受电弓引起的远场气动噪声主要集中在中高频,噪声峰值频率随速度变化线性增加;由转向架引起的远场气动噪声主要集中在中低频,噪声峰值频率与速度无关。在此基础上,通过大涡模拟和声扰动方程获得该高速动车组近场噪声。高速动车组远场噪声测点仿真结果与试验结果的最大差值2.2dB(A),最大相对误差2.5%,表明仿真模型的准确性。仿真结果表明,车头近场噪声以车头鼻尖为界,底部气动噪声能量大于上部流线型气动噪声能量,其中转向架舱位置噪声能量最大,因此进行车内外降噪方案设计时,应重点关注车头转向架舱位置。

建立了某头型的1∶8缩比三车编组气动噪声仿真模型,采用大涡模拟获得车身湍流脉动压力,基于FW-H方程和声扰动方程分别获得远场噪声和近场噪声,从而建立一整套头型气动噪声预测方法.远场测点总声压级的仿真结果与风洞试验结果相差小于2.0dB(A),频谱变化趋势相同,量级相差较小,表明基于FW-H方程得到远场噪声的可行性.基于声扰动方程能够获得头型关键部位的总声压级,通过对比量级发现,转向架部位总声压级量级远大于其他部位,这与传声器阵列识别结果相吻合,从而验证了声扰动方程获得近场噪声结果.对比头型各部位湍流脉动总压力级和总声压级发现,转向架和排障器量级大于车窗、鼻锥和车体;与湍流脉动总压力级相比,总声压级分布更为均匀,量级更小.

为了减少翼型的气动噪声，采用声类比的方法，以NACA0018翼型为研究对象，研究脊状结构对翼型远场噪声的影响。分别模拟来流速度为12 m/s和24 m/s，在6°攻角下布置脊状结构的翼型流场，对应的基于弦长雷诺数大约为1. 6×105。通过FW-H方程计算大涡模拟提取的声源项，得到Riblet-Q和Riblet-H翼型的声场。非定常流场计算结果表明:6°攻角下Riblet-H翼型能够改善翼型边界层分离情况，抑制涡结构脱落，从而减小翼型表面压力脉动和接收点处声压波动。逆压梯度段脊状结构可以有效减小频率在0～3 000 Hz内的噪声。进一步研究表明，该状态下的噪声主要由边界层引起的涡脱落噪声所主导。可见，适当位置的脊状结构可以改善翼型的噪声情况。

基于动网格技术，通过编写UDF代码成功实现了叶片的一阶弯振及一二阶叠加弯振。数值模拟过程中，采用大涡模拟（LES）分析刚性叶片与低阶弯振后风轮近尾迹速度与涡量特征。运用FW-H方程，以风轮表面为声源面，通过选取不同测试线上的监测点分析叶片不同运动状态下辐射声频谱及声压级变化。研究结果表明:施加振动后，在0.71R处出现轴向速度亏损，且在叶尖位置亏损最大;振动风轮整体噪声增大。文章通过研究模拟振动风轮的尾迹流动和噪声分析，为实际运行的风力机产生的气动噪声及声辐射传播特性提供一定参考。

针对内外涵分开双喷流的噪声问题进行了仿真计算研究.计算采用"CFD+CAA"的混合方法,流场计算采用大涡模拟(LES),捕捉流场中的主要噪声源;声场计算采用FW-H(Ffowcs Williams&Hawkings equation)方程积分得到远场噪声信息.为了降低喷流噪声,在内涵安装了锯齿形喷嘴.安装锯齿形喷嘴后,内外涵气流掺混增强,增加了内涵的喷流有效面积,使得中低频噪声降低,高频噪声略有增加,总体降噪量3~5 dB.喷流噪声具有明显的指向性,喷流下游噪声明显高于上游,总体指向喷流下游.

对离心风机叶片进行打孔处理,分析叶片打孔位置对风机噪声的影响。首先在稳态流场的计算结果上加载宽频噪声模型,得到不同工况下离心风机蜗壳和叶片上噪声分布情况,然后在瞬态分析的基础上加载FW-H噪声模块,利用LES/FW-H匹配技术分析叶片打孔对离心风机的气动噪声特性及声压级的影响。研究结果表明:离心风机结构表面声压主要集中在集流器、蜗舌和叶轮处,随着转速的增加,最大声压级也相应升高,趋势为先加快后减缓;离心风机气动噪声的频率主要集中在低中频段,且降低速度较快,在高频段则趋于平稳。与风机原模型相比,叶轮前端和中间打孔能够有效地降低噪声,噪声分别下降了4 dB和1 dB,后端打孔则会导致噪声升高。