沖壓發(fā)動機進氣道聲學激勵控制方法研究.pdf

1、沖壓發(fā)動機進氣道亞音速段擴張角很大，存在較大逆壓梯度，極易導致壁面邊界層嚴重的流動分離，甚至在等直段形成較大的回流區(qū)。當流場受到背壓脈動等激勵時，進氣道內流動發(fā)生大幅脈動，并形成強烈的噪聲，使得進氣道壁面受到氣動載荷和聲載荷雙重作用，進而發(fā)生劇烈振動，極易發(fā)生結構疲勞甚至破壞。本文以某沖壓發(fā)動機進氣道為研究對象，研究了三維進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)生器結構參數(shù)、布置方案對進氣道定常流動的影響規(guī)律，分析了背壓擾動下渦流發(fā)生器對進氣道非定常流動、氣流激勵特性以及聲學激勵特性的影響，并進一步研究了聲學激勵作用下進氣道結構的振動特性。
　　首先，基于SST k-ω湍流模型，對不同壓比的三維進氣道定常流動進行了仿真。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氣道非定常流動進行了仿真。背壓脈動作用下進氣道流場發(fā)生強烈的

3、激波振蕩，正激波掃過的壁面受到大幅氣流激勵載荷。提取進氣道壁面時域壓力和流場流速分別作為聲學偶極子源和四極子源，采用直接邊界元方法仿真計算了進氣道內壁面的聲場。四極子聲源單獨引起的聲壓遠大于偶極子聲源單獨引起的聲壓，在聲場的貢獻中占主導。
　　其次，在進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)定常結果，對背壓脈動作用下安裝渦流發(fā)生器的三維進氣道模型進行了非定常仿真。渦流發(fā)生器消除了進氣道下壁面的流動分離和回流區(qū)，降低了進氣道內壁面的氣流激勵幅值及其流向分布長度，大大改善了進氣道內壁面的氣流激勵環(huán)境。僅考慮四極子聲源，仿真分析了安裝渦流發(fā)生器的進氣道內壁面聲場。渦流發(fā)生器有效抑制了進氣道內壁面的聲學激勵，改善了進氣道內壁面的聲載荷環(huán)境。
　　最后，建立了有/無渦流發(fā)生器的進氣道結構有限元模型，并進行了結構模態(tài)分析。渦流