涡扇发动机风扇管道声模态识别测量方法

旋转声模态的测试识别是发动机管道声学研究的重要基础。通过对管道声传播机理和测试识别方法的分析研究,发展了基于旋转径向传声器阵列的声模态识别方法和测试装置。应用旋转声模态发生试验平台开展声模态识别验证试验,结果表明,该测量方法能够以较少数量的传声器识别管道内的周向和径向声模态;利用不同测试方法分析得出的声场结果相互吻合,进一步证明了该方法的适用性。     

涡扇发动机声衬的分段式设计与声模态散射分析

文章针对涡扇发动机声衬开展分段式设计,并对声衬对声模态的散射作用进行了分析。应用有限元求解对流亥姆霍兹方程的方法求解了发动机短舱内的声传播,通过与试验以及Tester等人的数值解对比验证了所应用的数值方法及声模态解耦方法;应用梯度搜索法和遗传算法优化设计了4种声衬的声阻抗,结果表明可以通过长度较短的声衬实现多个目标声模态的降噪并达到降噪指标,轴向分段式相比均布式声衬和周向分布式声衬具有更大的降噪量;文章对还对分段式声衬的声模态散射现象进行了分析,分析了声衬对声波的模态散射。研究结果表明最优声衬产生的反射声功率要大于通过声衬传递的声功率,周向分段的声衬散射形成了更低阶声模态。建议应用轴向分段式声衬降低风扇前传噪声。     

民用大涵道比涡扇发动机风扇机匣声衬设计

为了研究民用大涵道比涡扇发动机风扇机匣声衬的降噪效果,基于Wiener-Hopf管道声传播预测方法和声阻抗模型,形成了风扇机匣声衬设计流程和方法,对某民用大涵道比涡扇发动机风扇机匣开展声衬设计研究,包括风扇前和风扇/外涵出口导流叶片(outlet guide vane, OGV)之间两段声衬的设计。首先,选择边线和飞越两个适航工况的管道可传播声模态作为降噪目标声源,以工程要求为设计边界,获得最优声阻抗和声衬结构参数;其次,在真实流道形状下,对所设计声衬在目标声源和其他频带声源的消声量进行评估。结果表明：所设计的两段风扇机匣声衬在目标声源插入损失和低阶叶片通过频率(blade passing frequency, BPF)其他声源处的消声量可观,达到声衬降噪的目的。     

复合材料环状声衬降噪特性试验研究

根据民用飞机结构轻质化、高性能化的发展需求,利用发动机声模态模拟试验平台开展复合材料环状声衬的降噪特性试验研究,探索复合材料声衬在发动机短舱的可行性。针对发动机短舱声衬的某特定工况,以高分子树脂基复合材料,利用无缝拼接和环装整体成型等先进工艺研制出无拼缝的、两种不同长度的环状声衬试验件;通过基于旋转轴向传声器阵列方法的管内声模态测试和指向性测试开展声衬降噪效果试验。试验结果表明,声衬的降噪效果具有强烈的模态选择性,切向来流速度对声衬的降噪效果具有显著影响。     

三维旋转声阵列定向静态试验研究

为了提高三维旋转声阵列的定向精度,开展了三位旋转声阵列定向静态试验研究。建立了运动声阵列定向系统在有色噪声环境中的状态方程和观测方程,给出了运动声阵列的动态模型;构建了包含传声器组、调理放大电路、数据采集卡、可调结构的声阵列装置、滤波电路、数据采集卡、A/D转换器和记录仪等模块的静态声阵列定向半实物仿真试验装置。开展了四种布局下的三维旋转声阵列定向静态试验,以三角定向理论为基础,分析了试验数据,为进一步开展动态试验研究奠定了理论基础。     

民用航空发动机外涵支板声衬的降噪技术研究

为了研究民用大涵道比涡扇发动机风扇外涵支板对风扇转静干涉噪声后传声散射效应的影响,以及外涵支板布置声衬的降噪效果,本文基于有限元方法,首先研究了等截面圆形管道和环形的声传播和远场声辐射特性,并与解析结果进行对比,吻合地较好,表明了该声传播计算方法的可靠性和精度;然后开展对于包含外涵支板的某真实大涵道比涡扇发动机外涵管道的风扇转静干涉噪声后传声分析,最后开展外涵支板声衬的声阻抗优化设计,在约束条件内获得最优声阻抗,研究外涵支板布置声衬对风扇转静干涉噪声后传声的降噪效果。结果表明：有外涵支板的情况下,声波在管道内出现声散射现象,声压幅值较无支板情况明显增大,且在支板附近出现峰值;外涵支板布置声衬后,在最优声阻抗的情况下,单频单模态的降噪量可达22.57dB。     

基于时域LEE方法的发动机进气道声衬降噪优化

基于2.5D时域线化欧拉方程(LEE)和Fung的时域阻抗边界条件(TDIBC)模拟了涡扇发动机进气道风扇噪声传播并对声衬的参数进行了优化。TDIBC代码的正确性通过实验数据进行了验证。管道声模态的传播计算使用复数形式的线性化欧拉方程(LEE)在时域中实现。发动机进气道的背景流场使用Fluent软件计算,基于该背景流场并加入Fung的TDIBC模型模拟了发动机风扇噪声在进气道中的传播。提出一个有效的基于响应面替代模型的轴对称声衬的优化方法。优化的结果表明该方法可以用于降低远场声压级(SPL)的声衬优化设计。该方法对于高涵道比涡扇航空发动机声衬的降噪设计有着重要意义。     

航空发动机风扇机匣声衬与进气道声衬联合设计方法

对于现代的大涵道比涡扇发动机,风扇噪声是主要的噪声源。风扇机匣声衬(风扇前)与进气道声衬能显著降低风扇前传噪声。该两段声衬距离接近,所处的声场互相影响,有必要研究风扇机匣声衬(风扇前)与进气道声衬的联合设计方法。本研究首先结合国内外进展,对声衬优化设计方法、声传播计算模型、声源模型、声阻抗模型、代价函数等声衬设计的关键环节进行讨论,并选择合适的方法形成一套完备的声衬设计体系与设计工具。同时,对航空发动机风扇机匣声衬(风扇前)与进气道声衬进行联合设计,得到单自由度与双自由度声衬两套方案,证明该工具的工程可行性与有效性。最后,对两种声衬方案进行了不同方面的评估,包括BPF噪声降噪效果、宽频降噪效果等。评估表明,在该设计思路下,两方案在飞越、边线、进场前两阶BPF噪声都能得到很好的降噪效果,并且双自由度声衬能够在更宽的频率范围内显示出降噪优势。但是,如果代价函数能够进一步囊括声衬的宽频吸声效果,双自由度声衬能够更优的宽频降噪效果。     

涡扇发动机装机条件雨天环境使用能力试验验证技术

为系统验证国产小涵道比涡扇发动机雨天环境下使用能力,以装机条件下该型动力装置为研究对象,采用装机条件下发动机吞水试验、模拟雨天滑跑溅水试验以及雨中适应性试飞3项试验研究了该动力装置雨天环境使用能力。经试验发现,发动机在装机吞水条件下发生喘振,在溅水试验和雨中适应性试飞过程中工作正常。试验结果表明,所设计的发动机雨天环境验证技术可以有效识别该型发动机吞水后喘振故障,系统验证发动机雨天环境使用能力。     

民用飞机反推力装置对发动机短舱排液性能影响试验研究

为考察民用飞机反推力装置对发动机短舱排液性能的影响,在某型民用飞机涡扇发动机开展试验研究,具体研究了反推力装置收起方式、开始收起反推力装置时的飞机滑行速度以及短舱排液结构对发动机短舱排液性能的影响。研究结果表明：加快反推力装置收起过程和提高开始收反推力装置时的飞机滑行速度均可以改善发动机短舱的排液性能;排液结构是发动机短舱排液性能决定因素;反推力装置收起方式和开始收反推力装置时的飞机滑行速度是短舱排液适航验证试验需选取的两个关键参数。该文结论对民用飞机发动机短舱排液系统设计优化和适航验证试验具有一定参考价值和指导意义。     

两种声衬阻抗提取方法的对比

航空发动机短舱声衬是发动机最重要的降噪装置,为建立精确、关联声衬结构和声学性能的阻抗模型,需要精细化分析声衬声阻抗提取技术。对比分析了2种声衬阻抗提取技术(当地阻抗提取方法和直接提取方法)的差异。应用同一个流管声学试验平台制造偏差可控的声衬试验件,并进一步通过阻抗测量的重复性试验,保证了两种阻抗提取方法对比的基础。应用两种阻抗测量方法分别提取了单自由度声衬和双自由度声衬的声阻抗。结果表明：2种阻抗提取方法测量结果在中、高频段内相互吻合,在低频范围内存在显著差异。对比分析可见：相比于直接提取方法,当地阻抗提取方法适用的频率范围更宽,能够反映声衬的局域声阻抗特性,对声衬的尺度限制小,但需要破坏声衬的物理结构,且适用于传统声衬结构;相比于当地阻抗提取方法,直接提取方法测量了声衬的整体阻抗特性,在中、高频段内能够获得精确的阻抗结果,不需要破坏声衬的物理结构,而更为广泛地适用于板型吸声材料。     

某航空发动机舱电子设备热设计

为了满足航空发动机舱电子设备热防护和热管理系统设计需要,本文对发动机舱内部热量产生和传递过程进行分析,得出了电子设备达到热平衡时的平衡方程,给出了与电子设备相关各部分热量的计算方法,建立了发动机舱电子设备传热计算模型。针对某航空发动机和电子设备的具体参数和工况,利用建立的传热模型进行迭代求解和分析。结果表明：与发动机舱空气温度相比,发动机机匣温度对于传入电子设备内部的热量值影响较大。隔热材料表面发射率越高,隔热材料表面的平衡温度也越高,传入电子设备内部的热量越多。     

压电声衬的自动控制系统设计及实验研究

为了进一步实现压电声衬在体积调节模式下的阻抗控制,提出了一种新的噪声控制方法。该方法利用光敏电阻特性,通过Lab VIEW程序设计,驱动压电声衬使其根据不同噪声频率的变化自动发出控制信号;通过电压的变化来改变声衬的腔体体积,从而调节声衬的消声频率。在分析压电声衬消声及工作原理基础上,设计加工压电声衬结构。通过相关性能测试验证该方法的可实施性。最后利用Lab VIEW虚拟仪器技术,实现自动控制程序设计;并通过消噪性能实验验证了控制系统的可行性,实现了对声衬激励电压的自主控制及降噪频带偏移6 Hz。     

声发射技术用于诊断发动机活塞与缸套间磨损故障的实验研究

用实验方法研究了诊断发动机磨损故障的AE(AcousticEmission)技术 ,对发动机活塞与缸套间磨损过程产生的声发射信号进行了分析。实验结果表明 ,活塞对缸套的横向撞击 (侧推力 )是产生AE信号的主要原因 ;AE信号时域和频域指标对磨损状态变化反应较敏感 (即使是在发动机的早期磨损阶段 ) ,且不同的磨损状态与其产生的AE信号有很好的对应关系 ,因此 ,AE指标可以作为评价磨损程度和诊断磨损故障的标准。该研究为发动机磨损故障诊断提供了一种新的有效方法 ,并可为往复式机械设备的磨损故障声发射诊断提供依据。