管道空腔流聲耦合振蕩壓電振子流動控制技術(shù)的研究.pdf

1、空腔流動問題是目前國際上空氣動力學(xué)領(lǐng)域的一個研究熱點(diǎn)。首先,空腔流動是航空工程實(shí)際中常遇到的問題,具有很高的工程應(yīng)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(chǎn)生劇烈的流激振蕩；此外,低速氣流或水流也能激勵腔形結(jié)構(gòu)產(chǎn)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(jī)理,正確預(yù)測振蕩的物理特性參數(shù),并在此基礎(chǔ)上探討空腔降噪,不僅具有實(shí)際應(yīng)用價值,

2、也具有重要的理論意義。
　　 本論文基于熱線風(fēng)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(xué)模態(tài)對腔口旋渦結(jié)構(gòu)的干涉規(guī)律進(jìn)行了研究,重點(diǎn)探討了管道聲學(xué)駐波模態(tài)與剪切層自激振蕩模態(tài)的耦合關(guān)系。
　　 發(fā)展了用于湍流擬序結(jié)構(gòu)分析的本征正交分解技術(shù),并運(yùn)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(xué)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(yīng)和固有頻率,設(shè)計(jì)了用于抑制空腔振蕩的壓電振子式擾流器,驗(yàn)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(shù)、激勵頻率等參數(shù)對振蕩抑制的影響進(jìn)行了討論。
　　 首先設(shè)計(jì)并建立了用于空腔流激振蕩研究的低湍流度消聲風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)平臺。設(shè)計(jì)了用于消聲風(fēng)洞的擴(kuò)散.消聲一體化新型結(jié)構(gòu),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(chǔ)。
　　

4、利用該實(shí)驗(yàn)平臺,本文進(jìn)行了壁面線列動態(tài)壓力測量和剪切層熱線實(shí)驗(yàn),對不同幾何結(jié)構(gòu)和來流速度下的管道空腔流激振蕩進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)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(jī)理?；诓煌涨唤Y(jié)構(gòu)下的壁面脈動壓力實(shí)驗(yàn)結(jié)果,對預(yù)測流動誘導(dǎo)空腔剪切層振蕩頻率的方程作了合理改進(jìn),得到低速空腔流激振蕩頻域預(yù)測公式,提高了空腔剪切層自激振蕩頻率的預(yù)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(yù)測風(fēng)洞聲學(xué)模態(tài)振蕩頻率的基礎(chǔ)上,建立了管道聲學(xué)駐波模態(tài)與剪切層自激振蕩模態(tài)的耦合模型。
　　 本文擴(kuò)展了本征正交分解技術(shù)在壁面脈動壓力場中的應(yīng)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(jié)果表明當(dāng)管道空腔剪切層流激振蕩與風(fēng)洞聲學(xué)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(xué)模態(tài)

6、,且聲學(xué)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(gòu)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(yù)測模型,本文利用雙晶壓電振子進(jìn)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(yīng)解析模型,并進(jìn)行了懸臂梁式雙晶壓電振子有限元仿真,分析了雙晶梁結(jié)構(gòu)的動、靜態(tài)位移響應(yīng)和共振頻率。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所