沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道聲學(xué)激勵(lì)控制方法研究.pdf

1、沖壓發(fā)動(dòng)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(dòng)分離，甚至在等直段形成較大的回流區(qū)。當(dāng)流場(chǎng)受到背壓脈動(dòng)等激勵(lì)時(shí)，進(jìn)氣道內(nèi)流動(dòng)發(fā)生大幅脈動(dòng)，并形成強(qiáng)烈的噪聲，使得進(jìn)氣道壁面受到氣動(dòng)載荷和聲載荷雙重作用，進(jìn)而發(fā)生劇烈振動(dòng)，極易發(fā)生結(jié)構(gòu)疲勞甚至破壞。本文以某沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道為研究對(duì)象，研究了三維進(jìn)氣道的定常流動(dòng)特性和背壓擾動(dòng)下的非定常流動(dòng)特性、氣流激勵(lì)特性和聲學(xué)激勵(lì)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(duì)進(jìn)氣道定常流動(dòng)的影響規(guī)律，分析了背壓擾動(dòng)下渦流發(fā)生器對(duì)進(jìn)氣道非定常流動(dòng)、氣流激勵(lì)特性以及聲學(xué)激勵(lì)特性的影響，并進(jìn)一步研究了聲學(xué)激勵(lì)作用下進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性。
　　首先，基于SST k-ω湍流模型，對(duì)不同壓比的三維進(jìn)氣道定常流動(dòng)進(jìn)行了仿真。分離區(qū)長(zhǎng)度隨壓比的增大先增大后減小。針對(duì)分離區(qū)長(zhǎng)度最長(zhǎng)的壓比，采用DES方法對(duì)背壓脈動(dòng)作用下的三維進(jìn)氣道非定常流動(dòng)進(jìn)行了仿真。背壓脈動(dòng)作用下進(jìn)氣道流場(chǎng)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(lì)載荷。提取進(jìn)氣道壁面時(shí)域壓力和流場(chǎng)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(jì)算了進(jìn)氣道內(nèi)壁面的聲場(chǎng)。四極子聲源單獨(dú)引起的聲壓遠(yuǎn)大于偶極子聲源單獨(dú)引起的聲壓，在聲場(chǎng)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(dòng)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(dòng)性能降低，出口流場(chǎng)穩(wěn)定性提升。根

4、據(jù)定常結(jié)果，對(duì)背壓脈動(dòng)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(dòng)分離和回流區(qū)，降低了進(jìn)氣道內(nèi)壁面的氣流激勵(lì)幅值及其流向分布長(zhǎng)度，大大改善了進(jìn)氣道內(nèi)壁面的氣流激勵(lì)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(chǎng)。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(lì)，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