可变形状空腔噪声的数值仿真研究

空腔流动现象存在于各类航空飞行器中,由其引发的高强空腔噪声极易诱发空腔内结构共振而导致腔内元器件声疲劳破坏,因此针对空腔噪声的产生机理及有效控制方法的研究具有重要的工程实际意义。提出一种新型的可变形状空腔噪声主动控制方法:使用安装于空腔内的机械装置调节空腔底面及后壁面的倾斜角度,实现随着流速的变化,改变空腔形状,以期有效改善空腔内的强噪声环境。采用大涡模拟结合计算气动噪声计算方法对典型开式空腔进行数值仿真。研究发现,随着后壁面倾斜角α的增大,纯音噪声主模态的声压级幅值随之降低,主模态频率会出现跳跃式上升。另外,研究还发现α角的增大对马赫数0. 6时纯音噪声主模态声压级幅值的降低作用显著于马赫数0. 85时;α角的增大对马赫数0. 85时纯音噪声主模态频率的升高作用却比马赫数0. 6时更为明显。可变形状空腔噪声主动控制方法不仅可以显著降低纯音噪声主模态声压级幅值,还可使得纯音噪声模态频率升高,从而避开空腔结构的固有频率以避免腔体发生共振破坏。研究工作为扩展可变形状空腔噪声主动控制的工程应用奠定了良好的理论基础。     

基于非光滑表面雨挡的汽车风振噪声动态计算分析与优化

汽车侧窗风振噪声与侧窗开度是密不可分的,在现有针对汽车侧窗风振噪声数值研究中,都仅限于固定开度的仿真计算,很难准确找出最大风振噪声对应的侧窗开度。采用非结构网格弹性变形与局部重构网格相结合的动网格技术计算简易车厢的风振噪声,仿真计算结果与传统方法计算结果吻合良好;在此基础上,运用该方法实现了实车侧窗连续开度的风振噪声计算,通过与传统方法和实车道路试验进行对比,进一步验证了该数值计算方法的正确性;结果表明该数值模拟方法突破了以往固定开度风振噪声研究的局限,更真实地模拟侧窗连续开启这一动态过程;通过该方法准确找出了最大风振噪声对应的侧窗开度,并对该开度下的风振噪声特性进行了分析;在对风振噪声计算与特性分析基础上,通过建立汽车左后侧窗非光滑表面雨挡模型,运用多岛遗传算法,对其结构参数进行了多目标优化,取得了较为理想的降噪效果。结果表明附加上雨挡装置后,乘员舱后部漩涡明显减少,流速与流量降低,使得回流至前排座椅的涡速也同步下降,同时雨挡装置将左后窗表面一部分层流转化成为湍流,直接影响了该区域附近的湍流能量与强度,间接降低了驾驶员耳旁的声压级,有雨挡装置相较无雨挡装置,驾驶员耳旁监测点的噪声值从129 d B降至123.82 d B,降低约5 d B,幅度达到4%。     

汽车天窗风振噪声分析与优化控制

运用大涡模拟(LES)和FW-H声学模型,对某轿车天窗开启工况下风振噪声特性进行了数值仿真,揭示了天窗风振噪声的产生机理。在对轿车天窗风振噪声特性研究的基础上,引入现代优化算法,设计目标为降低驾驶员右耳及乘员左耳的噪声加权值。首先,选取某轿车的天窗开槽导流板作为优化对象,将导流板安装角度、开槽宽度及开槽深度定义成设计变量,通过设计实验选取20个样本点,采用kriging模型建立近似模型,并利用多岛遗传算法进行优化设计,获得了理想的导流板参数。仿真结果表明,优化后的导流板相比初始导流板,在监测点处其风振噪声的声压级降低了21.6%。     

基于传声器阵列的低速空腔噪声控制试验研究EI北大核心CSCD

基于相位传声器阵列在声学风洞中测量了低速空腔流动中主要噪声源的分布特性,提出了一种新的评估气动声源强度的计算方法。通过在空腔前后缘加装锯齿板和阻挡板的方式探索了空腔噪声抑制策略,并且比较了不同措施的降噪效果。结果表明:低速空腔流动噪声主要来自于剪切层与空腔后壁的相互作用;锯齿板以沿来流方向安装在前缘对空腔噪声控制效果最好,且锯齿越密集,噪声抑制效果越明显;阻挡板对空腔噪声控制效果不理想。     

剪切层形态对开式空腔气动噪声的抑制

如何抑制开式空腔内的气动噪声是航空研究领域的一个研究热点。采用非线性扰动方程和基于雷诺平均NS方程的湍流人工重构方法对空腔标模进行数值模拟,通过与风洞试验数据的对比,验证了该计算方法的可靠性。基于此,在空腔前缘上方采用不同几何形状的栅板措施,以此来改变空腔前缘的剪切层形态,对比分析其对空腔湍动能、速度型、声源、声压级分布及压力脉动频谱特性的影响,分析可得:仅改变剪切层的方向和强度并不能降低空腔中的声源强度,还需通过改变剪切层的稳定性来影响空腔中声源的分布及强弱,这样才能有效降低流激振荡效果。研究结果表明:采用被动控制措施改变剪切层形态能有效抑制空腔中的气动噪声,其具备一定的工程应用价值。     

桅杆结构随机风振的离散分析法

风致振动是桅杆结构安全性的控制因素。由于这种结构存在频谱密集的动力特性,不适合采用振型迭加法进行分析。为此本文引入一种新的频域方法计算桅杆结构随机风振响应。基于随机振动的离散分析理论,推导出白噪声激励下结构动力响应的递推公式。经过对风荷载这种有色噪声进行白噪声滤波,桅杆结构的风致振动描述为白噪声激励下的随机振动。于是离散分析理论适用,推导出桅杆结构随机风振响应的递推公式。采用线性化模型时,该方法绝对收敛。计算结果表明,当桅杆结构处于正常使用状态时,采用离散分析理论可以得到满意的精度。     

大跨空间结构风振响应及其计算与试验方法

大跨空间结构体系广泛应用于工业和民用建筑中，并且日趋大型化，多样化，复杂化，风荷载已成为该类结构抗风设计，防灾减灾分析的控制荷载之一，文中针对大跨空间结构，分析了风振形式及其机理，阐述了风振响应计算方法和试验方法。指出随机振动理论，有限单元法和数值分析理论是大跨空间结构风振响应计算的有效理论工具，风洞试验是研究结构风振的主要实验手段，结构风振数值模拟方法具有广阔发展前景。最后，提出值得进一步研究的若干问题。     

基于Sobol’法的可变形状空腔全局灵敏度分析

高速气流经过空腔结构产生的高强度空腔噪声极易诱发空腔内结构共振而导致腔内元器件声疲劳破坏。提出了一种可变形状空腔控制方法,该控制方法通过机械装置调节空腔前、后壁面的倾斜角度达到降低空腔噪声的目的;在Ma=0.85条件下,利用大涡模拟(LES)预测空腔内的流体流动,以可变形状空腔的前、后壁面的倾斜角度作为设计变量,以空腔底板表面噪声载荷的主模态幅值作为响应,利用基于MSE准则的Kriging方法建立二自由度可变形状空腔的代理模型,利用Sobol’法分析模型的全局灵敏度。发现,可变形状空腔的前、后壁面倾斜可以明显抑制空腔底板表面噪声载荷的主模态幅值,其中后壁面倾斜的全局灵敏度为前壁面倾斜的1.712倍,并且前、后壁面倾斜对空腔底板表面噪声载荷的主模态幅值的交互影响小。     

汽车天窗风振问题的研究

阐述了风振噪声的产生机理;介绍两个抑制风振噪声的手段,网状挡风条和减小玻璃打开开口大小,对网状挡风条与传统挡风条设计进行对比。试件在风洞中取得良好的试验结果;最后对设计中所采用的两个手段予以总结,对未来的研究工作进行展望。     

多孔材料对空腔噪声抑制效果研究

研究马赫数为0.85的条件下,空腔的壁板使用多孔材料对空腔噪声和空腔流动的影响。利用大涡模拟(LES)来预测空腔内的流体流动,考虑到多孔材料对湍流的影响由渗透性损失和内部损失两部分组成,使用Ergun半经验公式来预测这两部分的影响,再结合LES湍流模型可以预测多孔材料内的流体流动。研究结果表明,空腔的前壁、后壁、底板使用多孔材料均可以改善空腔内的流场,并且可以抑制空腔噪声,其中空腔底板使用多孔材料对空腔噪声的抑制效果最为显著,可以使得空腔后部的总声压级降低3 dB以上。     

时速400 km高速列车转向架区域气动噪声控制

气动降噪控制对高速列车运行环保性和乘坐舒适性至关重要.以某时速400 km高速列车1∶8缩比模型为研究对象,建立了基于转向架舱前缘、侧缘、后缘3种策略的6种气动降噪控制方案.通过大涡模拟得到非定常流场和气动噪声源项,采用FW-H方程和声扰动方程计算远场和近场噪声,得到不同控制方案对远场噪声、近场噪声的控制效果和影响频域...     

轿车风噪声及其测量

本文介绍了轿车风噪声的形成及其重要的影响因素,以及轿车风噪声的测量方法。     

汽车车身空腔阻隔结构降噪试验研究

系统性地建立了阻隔结构降噪试验研究方法。建立面向白车身的阻隔结构降噪性能测量方法,通过对比阻隔结构拆除前后白车身模态与传递函数的变化情况,分析其对于车身低频噪声的抑制能力;建立面向整车的阻隔结构降噪性能转鼓试验方法,用以评估其对于发动机噪声、轮胎路面噪声的抑制能力;建立面向整车的阻隔结构降噪性能风洞试验方法,用以评估其对于气动噪声的抑制能力。试验结果表明,阻隔结构降低车内噪声主要有两个方面:一方面,空腔阻隔结构增强了车身的模态阻尼,抑制车身的振动,从而降低了车内低频噪声;另一方面,阻隔结构切断了车外噪声经过车身侧围空腔入侵乘员舱的传播途径,从而降低了车内高频噪声。     

导流罩对受电弓气动噪声影响的风洞试验研究

受电弓是高速列车顶部最主要的气动噪声源,合理的导流罩设计是降低受电弓气动噪声的重要方法。通过声学风洞试验的方法,研究缩比模型导流罩对高速列车受电弓气动噪声的影响,采用远场麦克风及声阵列,给出了风速范围为200～250 km·h~(-1)时的升弓、降弓状态下,受电弓和加装导流罩的远场气动噪声频谱、主要噪声源位置、强度和对应频带范围。研究表明,受电弓气动噪声为宽频带噪声,中频噪声源位于受电弓区域后部近车体位置,中高频、高频噪声源对应弓头和支座区域;升弓状态下,导流罩增大了弓头区域的气动噪声能量,在降弓状态下,导流罩减小了弓头和支座的噪声水平。     

桥梁断面颤振导数的CFD全带宽识别法

由于需要在不同折算风速下重复进行大量试验或CFD(Computational Fluid Dynamics)模拟,现有风洞试验和CFD方法识别桥梁断面颤振导数耗时且效率低。提出一种基于CFD离散时间气动模型,快速识别感兴趣折算风速带宽内任意折算风速下桥梁断面颤振导数的全带宽识别法。该法基于任意拉格朗-欧拉描述的有限体积法和多层网格技术,首先计算作用在桥梁断面上的非定常气动力,CFD模拟时强迫桥梁断面以单自由度竖弯或扭转方式振动,位移模式为定义在感兴趣的频率范围内的指数脉冲时间序列。然后利用得到的气动力和该指数脉冲输入,通过系统识别建立起反映桥梁断面气动力系统特性的离散时间气动模型。随后利用该气动模型仿真桥梁断面在简谐位移激励下的气动力响应,并由该模型的输入和响应通过系统识别得到桥梁断面的颤振导数。该法在竖弯和扭转方向各仅需一次CFD模拟,就可构造离散时间气动模型,使得颤振导数识别的计算量显著降低。开展了三汊矶大桥加劲梁断面颤振导数识别和颤振临界风速计算,研究结果与风洞试验的一致性,证明了方法的可靠性和高效性。     

空腔噪声测量技术探讨

空腔流动现象广泛存在于飞机的飞行过程中,由其引起的强烈气动噪声会显著地降低腔内航空构件的寿命,并且破坏电子元件的灵敏度。首先介绍空腔诱发气动噪声的机理、空腔内部的流场类型及噪声分布情况。鉴于实际飞行过程中空腔周围边界条件与计算机仿真、风洞试验中的差异,飞行试验是获得飞机在飞行环境下空腔内声场和压力场分布的唯一途径。参考国内、外空腔声场和流场的风洞测量经验,提出飞行试验中的空腔噪声的测量方法与数据处理方法,并完成脉动压力传感器与表面传声器的对比试验,验证此测量方法的可行性。     

指数脉冲强迫激励CFD模型运动的气动参数识别法

计算流体动力学（CFD）模拟是获得桥梁断面颤振导数的主要方法之一。提出了一种基于CFD计算气动力，建立气动模型并经模型仿真快速识别颤振导数的新方法。该方法采用具有连续频谱分布且位移光滑的指数脉冲序列为CFD模型运动的输入，通过数值模拟得到作用在模型上的气动力。利用已知的输入和气动力建立起反映系统气动力特征的离散时间气动模型。然后利用该模型仿真系统在简谐位移输入的气动力响应，再基于该输入和模型仿真输出识别颤振导数。该方法在竖弯和扭转方向各自仅需一次CFD模拟，无需重复进行CFD计算，能显著减小CFD计算颤振导数的工作量。进行了薄平板颤振导数的识别，研究结果与Theodorsen平板理论解、薄平板风洞试验值的一致性，证明了研究方法的可靠性和有效性。     

某SUV轮罩区域气动噪声试验研究

汽车高速行驶的过程中,速度超过100 km·h^-1时,气动噪声对车内噪声环境的贡献起主导作用,突显出气动声源的研究与控制的重要性。采用试验与数值计算相结合的方法研究了轮罩区域的气动噪声与车内噪声环境的相关性,推导出了轮罩区域气动噪声的频率公式的修正系数与风速的关系,得到轮罩区域气动噪声对前排乘客舒适性影响较小,对后排乘客位的舒适性影响较大的结论。初步获得了轮罩区域气动噪声的控制技术,该技术一定程度上抑制了轮罩区域的气动噪声,改善了车内的噪声环境,提高了车内的声品质。     

高速列车车厢连接处气动噪声特性初探

建立高速列车车厢连接处简化的气动噪声分析模型,基于声类比理论、FLUENT软件分析车厢连接处形状及风挡对气动噪声影响,给出车外气动噪声分布规律。数值结果表明,对近车厢连接处端部进行圆角光顺能减小气动噪声值。圆角半径越大减噪效果越明显;在车厢连接部位安装风挡能减小车外及车厢连接内部空腔的气动噪声,风挡开口处的气动噪声值有所增加。对风挡板进行圆角光顺可进一步减弱气动噪声。