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。     

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。     

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。     

环境结冰试验中液态水滴传热特性

航空发动机环境结冰试验时,使用二元喷嘴将纯水雾化成液态水滴,液态水滴喷出后与发动机进气发生传热过程,到达发动机进口前需达到过冷状态,从而在发动机进口处结冰。研究了液态水滴与主气流间传热过程,建立了液态水滴运动方程和传热方程,编制了液态水滴传热特性分析软件,并研究了不同参数对液态水滴过冷位移的影响,计算了军用和民用航空发动机环境结冰试验时的最短喷雾距离。结果表明:液态水过冷位移与液态水滴直径的平方以及气流速度基本呈线性关系;在1.6 m喷雾距离下,液态水滴能达到过冷状态,且和气流两相温差不超过2℃。     

应用于风扇后传噪声的三维降噪声衬优化设计技术

当今大型民机无一例外均采用降噪声衬来满足噪声控制要求.已有的航空发动机降噪工作主要是针对风扇前传噪声进行声衬优化设计且为二维轴对称声衬降噪设计.与风扇前传噪声相比,风扇后传噪声的准确预测是个挑战.基于抛物线近似技术和Kriging代理模型技术,提出了风扇后传噪声三维降噪声衬设计方法和流程.首先基于线化欧拉方程,推导了其...     

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。     

钛合金蜂窝平板声载-静载联合加载设计与试验

为考察钛合金蜂窝声衬在噪声载荷与气动压力联合作用环境下的疲劳特性,根据蜂窝声衬的受载特征,提出了一种声载-静载联合试验方法,利用大气与真空舱之间的压力差来实现声衬的等效气动力加载,设计并制造了抽真空机械组件对试件非受声面抽真空,解决了行波管中施加静力载荷难的问题.针对两类高度不同的钛合金蜂窝声衬平板件,开展了10 h的声载-静载联合疲劳试验.试验结果表明:两类钛合金蜂窝声衬试件一阶共振频率均没有发生的明显变化,说明试件的整体刚度在试验前后没有发生改变.无损检测结果表明:蜂窝芯较高的钛合金声衬平板试件中部分出现了局部脱焊.     

航空发动机风扇地面慢车关键结冰温度分析

根据《航空发动机适航规定》中第33.68条"进气系统结冰"的要求,发动机需在地面慢车状态下进行结冰试验验证,并应在-9~-1℃的环境温度范围内选择结冰最严重的温度点作为试验温度。风扇是发动机首当其冲的结冰部件。为确定某型发动机风扇在该温度范围内的关键温度点,基于Messinger结冰热力学模型,利用FENSAP-ICE软件对风扇进行了结冰计算。通过结冰质量的比较分析,获得了风扇的关键结冰温度点。计算结果显示,风扇结冰质量随环境温度呈两个阶段的变化趋势:在-9~-6℃范围内,结冰质量不随温度变化,单个叶片保持在0.29 kg;在-6~-1℃范围内,结冰质量随温度升高呈二次曲线的下降趋势。因此从结冰质量的角度来看,风扇在地面慢车状态下的关键结冰温度为-9~-6℃。     

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。     

风扇叶片结冰对航空发动机不平衡响应影响研究

航空发动机风扇叶片结冰对转子不平衡具有显著的影响;并导致发动机推力的损失。针对风扇叶片结冰对转子不平衡的影响问题,采用结冰软件详细分析了商用航空发动机风扇叶片结冰情况。基于隐式动力学模型研究了风扇叶片结冰引起的整机转子不平衡。通过整机有限元模型研究了风扇叶片结冰对不同支撑轴承载荷和位移的影响;进一步研究了不平衡条件下转子和静子的间隙。研究结果表明风扇叶片结冰质量的最大工况为地面慢车状态,对一号轴承和二号轴承有一定的影响。提出的分析方法可以为风扇叶片防冰设计和验证提供指导。     

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。     

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。     

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。     

单轴载荷作用下岩石损伤演化及声发射特性研究

本文通过对两种不同岩石试样进行了单轴载荷破坏过程中声发射特性试验,得到了岩石全应力应变破坏过程中,声发射事件时间序列、事件累计数时间序列等声发射特性,分析了岩样损伤破裂不同阶段与声发射参数的内在联系与特征规律,研究表明,声发射信息反映岩石内部的损伤破坏情况,与其内部原生裂隙的压密及新裂隙的产生、扩展、贯通等演化过程密切相关,通过声发射事件数参数拟合出的理论应力应变曲线能够合理地反映岩石实际的应力应变和损伤演化特性,对预测预报岩石破坏失效的过程具有有着极其重要的理论价值和实际意义。     

涡扇发动机旋转声模态发生与测试试验研究

开展了涡扇发动机旋转声模态发生与测试技术研究。首先,通过对涡扇发动机旋转声模态发生与测试技术的原理分析,得出声模态发生与测试试验装置设计方法;结构设计与电气系统设计相结合,完成了试验装置的搭建;最后经过以某高阶声模态为例进行试验验证工作,证明了声模态发生与测试技术的正确性和试验装置设计的合理性。开展的声模态发生与测试技术研究对消声短舱声衬的声学效果验证试验意义重大,填补了中国该工程领域的空白,具有较好的工程应用价值。