沖壓發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道聲學(xué)激勵控制方法研究.pdf

1、沖壓發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道亞音速段擴(kuò)張角很大，存在較大逆壓梯度，極易導(dǎo)致壁面邊界層嚴(yán)重的流動分離，甚至在等直段形成較大的回流區(qū)。當(dāng)流場受到背壓脈動等激勵時，進(jìn)氣道內(nèi)流動發(fā)生大幅脈動，并形成強(qiáng)烈的噪聲，使得進(jìn)氣道壁面受到氣動載荷和聲載荷雙重作用，進(jìn)而發(fā)生劇烈振動，極易發(fā)生結(jié)構(gòu)疲勞甚至破壞。本文以某沖壓發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道為研究對象，研究了三維進(jìn)氣道的定常流動特性和背壓擾動下的非定常流動特性、氣流激勵特性和聲學(xué)激勵特性；以渦流發(fā)生器為邊界層分離的控制裝置，研

2、究了渦流發(fā)生器結(jié)構(gòu)參數(shù)、布置方案對進(jìn)氣道定常流動的影響規(guī)律，分析了背壓擾動下渦流發(fā)生器對進(jìn)氣道非定常流動、氣流激勵特性以及聲學(xué)激勵特性的影響，并進(jìn)一步研究了聲學(xué)激勵作用下進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)的振動特性。
　　首先，基于SST k-ω湍流模型，對不同壓比的三維進(jìn)氣道定常流動進(jìn)行了仿真。分離區(qū)長度隨壓比的增大先增大后減小。針對分離區(qū)長度最長的壓比，采用DES方法對背壓脈動作用下的三維進(jìn)氣道非定常流動進(jìn)行了仿真。背壓脈動作用下進(jìn)氣道流場發(fā)生強(qiáng)烈的

3、激波振蕩，正激波掃過的壁面受到大幅氣流激勵載荷。提取進(jìn)氣道壁面時域壓力和流場流速分別作為聲學(xué)偶極子源和四極子源，采用直接邊界元方法仿真計算了進(jìn)氣道內(nèi)壁面的聲場。四極子聲源單獨引起的聲壓遠(yuǎn)大于偶極子聲源單獨引起的聲壓，在聲場的貢獻(xiàn)中占主導(dǎo)。
　　其次，在進(jìn)氣道下壁面表面安裝渦流發(fā)生器，分別改變高度、攻角和流向安裝位置，進(jìn)行了定常流動仿真。隨著渦流發(fā)生器安裝位置靠近上游或攻擊增大亦或高度升高，進(jìn)氣道氣動性能降低，出口流場穩(wěn)定性提升。根

4、據(jù)定常結(jié)果，對背壓脈動作用下安裝渦流發(fā)生器的三維進(jìn)氣道模型進(jìn)行了非定常仿真。渦流發(fā)生器消除了進(jìn)氣道下壁面的流動分離和回流區(qū)，降低了進(jìn)氣道內(nèi)壁面的氣流激勵幅值及其流向分布長度，大大改善了進(jìn)氣道內(nèi)壁面的氣流激勵環(huán)境。僅考慮四極子聲源，仿真分析了安裝渦流發(fā)生器的進(jìn)氣道內(nèi)壁面聲場。渦流發(fā)生器有效抑制了進(jìn)氣道內(nèi)壁面的聲學(xué)激勵，改善了進(jìn)氣道內(nèi)壁面的聲載荷環(huán)境。
　　最后，建立了有/無渦流發(fā)生器的進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)有限元模型，并進(jìn)行了結(jié)構(gòu)模態(tài)分析。渦流