管道空腔流聲耦合振蕩壓電振子流動控制技術的研究.pdf

1、空腔流動問題是目前國際上空氣動力學領域的一個研究熱點。首先,空腔流動是航空工程實際中常遇到的問題,具有很高的工程應用價值,如飛行器的起落架艙、武器艙在高速氣流作用下,會產生劇烈的流激振蕩；此外,低速氣流或水流也能激勵腔形結構產生共振和聲輻射。其次,由于空腔流動是典型的聲.渦干涉、非定常流和流體動力不穩(wěn)定性問題,因而具有廣泛的理論研究意義。因此,研究空腔振蕩機理,正確預測振蕩的物理特性參數,并在此基礎上探討空腔降噪,不僅具有實際應用價值,

2、也具有重要的理論意義。
　　 本論文基于熱線風速儀和壁面動態(tài)壓力傳感器測量,研究了管道空腔剪切層自激振蕩非定常流動特性,對空腔剪切層擾動規(guī)律、管道聲學模態(tài)對腔口旋渦結構的干涉規(guī)律進行了研究,重點探討了管道聲學駐波模態(tài)與剪切層自激振蕩模態(tài)的耦合關系。
　　 發(fā)展了用于湍流擬序結構分析的本征正交分解技術,并運用于管道空腔壁面脈動壓力場的分析中,獲得了空腔剪切層流激振蕩及與管道聲學模態(tài)耦合共振時壁面壓力脈動的正交分解空間模式。

3、研究了壓電式懸臂梁振子的動、靜態(tài)位移響應和固有頻率,設計了用于抑制空腔振蕩的壓電振子式擾流器,驗證了壓電振子擾流器對空腔流激振蕩的抑制效果,對壓電振子幾何參數、激勵頻率等參數對振蕩抑制的影響進行了討論。
　　 首先設計并建立了用于空腔流激振蕩研究的低湍流度消聲風洞實驗平臺。設計了用于消聲風洞的擴散.消聲一體化新型結構,解決了在消聲段既能有效消除動力段噪聲又能降低流動損失的問題,為開展空腔流激振蕩的研究提供了基礎。
　　

4、利用該實驗平臺,本文進行了壁面線列動態(tài)壓力測量和剪切層熱線實驗,對不同幾何結構和來流速度下的管道空腔流激振蕩進行了實驗研究,歸納了剪切層自激振蕩頻譜特性,探討了空腔剪切層自激振蕩機理?；诓煌涨唤Y構下的壁面脈動壓力實驗結果,對預測流動誘導空腔剪切層振蕩頻率的方程作了合理改進,得到低速空腔流激振蕩頻域預測公式,提高了空腔剪切層自激振蕩頻率的預測精度。
　　 此外,還分析了空腔剪切層旋渦特性,討論了剪切層時均速度分布、剪切層厚度、

5、剪切層速度脈動隨空腔長度和深度比值的變化。在預測風洞聲學模態(tài)振蕩頻率的基礎上,建立了管道聲學駐波模態(tài)與剪切層自激振蕩模態(tài)的耦合模型。
　　 本文擴展了本征正交分解技術在壁面脈動壓力場中的應用,分別建立了在時.空域和頻.空域上抽取空間信息的本征正交分解時域分析和頻域分析,獲得了空腔振蕩本征正交分解各階模態(tài)的空間分布形式。研究結果表明當管道空腔剪切層流激振蕩與風洞聲學模態(tài)耦合共振時,壁面壓力脈動的本征一階模態(tài)表征的是周期性的聲學模態(tài)

6、,且聲學模態(tài)不是沿空腔長度方向的模態(tài)。此外,頻域下的本征正交分解比時域下的分解收斂更快,低階模態(tài)重構的壓力場信息比時域分解下更加全面。
　　 最后,基于所建立的振蕩預測模型,本文利用雙晶壓電振子進行空腔振蕩抑制方法的研究。建立了雙晶壓電振子動態(tài)響應解析模型,并進行了懸臂梁式雙晶壓電振子有限元仿真,分析了雙晶梁結構的動、靜態(tài)位移響應和共振頻率。在此基礎上設計了用于抑制空腔振蕩的壓電振子擾流器,并用于抑制空腔流激振蕩,實驗結果表明所