电动飞机螺旋桨噪声特性研究

【类型】学位论文

【作者】王腾飞 

【关键词】 大涡模拟,气动噪声,边界元,数值模拟,螺旋桨

【摘要】螺旋桨是螺旋桨飞机最主要的噪声源。螺旋桨噪声会产生很多不良的后果。首先,噪声将会影响机场所在地区的环境。其次,螺旋桨噪声传到机舱,影响乘客旅行舒适性。第三,螺旋桨噪声诱发的声疲劳与结构振动,对飞行安全有很大影响。本文以国内一款电动飞机螺旋桨为研究对象,从实验和数值模拟两方面对其气动噪声特性开展研究。数值模拟方面,首先利用有限元分析软件,建立螺旋桨三维模型,运用结构化网格与非结构化网格相结合的方法划分网格。将整个噪声计算分为两个部分,即螺旋桨的流场计算和螺旋桨的声场计算,先通过大涡模拟计算得到螺旋桨的流场信息,然后将流场信息作为声场计算的边界条件,再通过求解FW-H方程计算声传播特性,得出在不同场点下的噪声特性。气动噪声实验方面,完成了螺旋桨室内噪声实验、螺旋桨地面静态噪声实验和飞行噪声实验。通过设计实验获得了飞机近场、远场及飞越噪声时域、频域和声压整体强度图。研究表明:室内螺旋桨噪声实验时,噪声声压级随转速升高而增大;噪声的主要组成部分为宽频噪声,离散噪声不明显;由不同厂家生产的2型螺旋桨,在相同转速下时域波形及频域波形相似,声压整体强度基本吻合,证明两个螺旋桨噪声特性相同。螺旋桨地面静态噪声实验时,计算叶片通过频率(Blade Passing Frequency,BPF)与实验频域图中一致;通过对比发现旋转噪声主要分布在低频区域;圆周噪声监测点在实验不同转速下均呈现一定规律。飞行噪声实验时,根据《航空器型号和适航合格审定噪声规定》(CCAR-36-R1)(以下简称36部)的要求,最大飞越噪声声压级符合文件要求。本文通过应用有限元/边界元结合的方式,分析了在近场区域声压级的分布规律,得出螺旋桨叶尖涡及前缘分离涡在桨叶表面形成较大压力波动,对设计低噪声的螺旋桨有一定的参考意义。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】沈阳航空航天大学

【学位授予年度】2017

【导师姓名】艾延廷

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