随着航空运输业对静音飞行的要求,航空噪声亟待解决,而起落架舱等方腔结构对飞机噪声贡献日益凸显。因此,近年来对方腔流动的模拟和控制受到广泛的关注。本文旨在采用高精度数值算法模拟方腔流致噪声,并对其进行主被动控制,探索潜在的噪声控制机理。首先,基于伴随方法开展了方腔流动的敏感性分析。其次,针对二维亚声速方腔开展了噪声的主动控制研究。最后,针对三维复杂方腔流动开展了基于多孔壁面的被动控制。本文具体的工作和研究成果如下:(1)基于伴随方法开展了不同来流条件下,方腔流动对外部扰动的敏感性的参数研究。在方腔流动的控制研究中,敏感性幅值最高的位置是施加激励最优的位置,能够用最小的输入能量得到流场最大的响应。基于不同来流条件下(Ma=0.2～0.5,Re=3000,5000 和动量厚度 θ=1/32.8L,1/52.8L)方腔流动的高精度直接数值模拟,开展了流场对后拐角附近扰动的敏感性分析。研究发现,方腔流动对后拐角附近的扰动最敏感区域主要集中在边界层的起始位置、方腔上剪切层内和后拐角附近。来流Ma或者Re增加时,敏感性幅值增大,腔内流动的敏感性分布变得复杂。方腔前缘上游最敏感性的区域位于边界层内,可压缩性增强时,上游最敏感的位置向边界层发展起始位置偏移。但是,总体上是靠近方腔前缘位置的,说明在前缘布置控制激励能够适应大范围的流动条件。同时,腔内的敏感性增强。当来流速度增大到一定幅值或者来流边界层薄时,腔内和后拐角附近出现明显的敏感性分布,幅值甚至比前缘上游高,腔内的高敏感性分布暗示在腔底布置激励也是抑制后拐角辐射噪声的有效手段。(2)结合敏感性分析结果,采用预测控制技术开展了非定常可压缩方腔流致噪声的长时域控制研究。在方腔前缘附近边界层内施加二维时空变化的体积力,研究了Ma=0.5,Re=5000的二维方腔的噪声主动控制。首先研究了能够同时捕捉方腔剪切层和后拐角辐射噪声的目标区域对噪声的控制,结果表明近场声源区的压力振荡分布发生了改变,并且在全辐射方向上噪声得到抑制,总声压级最大降幅约2dB。通过本征正交分解发现,腔内流动结构没有发生明显的变化,只是能量从大尺度结构转移到较小结构。同时还分别对比了只控制后拐角辐射噪声和剪切层噪声对总辐射噪声的影响,结果表明只控制剪切层噪声对远场噪声影响不大,而只控制后拐角辐射噪声对远场辐射噪声抑制明显,上游辐射方向能够降低噪声3 dB,为主动控制工作提供了依据。(3)采用高精度隐式大涡模拟,基于多孔介质材料开展了三维方腔噪声的被动控制研究。研究发现,将方腔固壁底板更换成多孔壁面,腔内的压力脉动和噪声辐射都可以得到很大程度的抑制。为了探索孔隙度和流动特性及降噪特性间的关系,本文考察了四种不同孔隙率对控制效果的影响,结果表明低孔隙率时,孔隙率越大,噪声抑制效果越好。当孔隙率达到11.2%左右,腔内前缘附近的噪声降低幅度大于10dB,控制效果达到最佳。随着孔隙率从11.2%进一步增加到19.27%,控制效果接近饱和。平均流特性表明多孔介质会在腔底壁面产生吹吸效应,改变腔内大尺度环流和剪切层的结构,并且控制效果主要受吸气作用的强弱影响。此外,本征正交分解结果表明,控制后剪切层被能量较低的小尺度结构所主导,剪切层与腔内环流的相互作用减弱。后拐角附近的涡角相互作用也被抑制,因而声反馈较低,从而降低了自持振动和噪声辐射。