尾喷管结构设计对尾喷管推力及噪声的影响研究

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航空发动机的尾喷管喷流噪声是发动机噪声的主要来源。随着民航客机适航认证对噪声水平的要求越来越严格,尾喷管喷流降噪技术具有十分重要的意义。本文采用数值计算的方法,并以DGEN380型号发动机尾喷管为例,采用RANS湍流模型求解喷流的稳态流场并插入宽频噪声模型来求解声源的声功率信息;采用LES湍流模型求解喷流的瞬态流场并插入FW-H模型来求解周向的总声压级信息。针对不同尾喷管结构设计,系统分析其对于尾喷管喷流流动特性、尾喷管推力以及喷流噪声特性的影响。同时,以增加推力和降低噪声为双目标进行正交数值仿真分析,旨在提出一种降噪效果明显且增加推力的尾喷管模型,为尾喷管结构设计提供技术参考。首先对发动机喷管尾缘角度进行设计,将其设计成内弯和外翻模式,并分别对不同模型的尾喷管下游流域进行数值模拟,并提取其喷流流动特性、尾喷管推力、喷流声源声功率级以及周向喷流总声压级信息,并与原模型进行对比分析,得出尾喷管推力和周向总声压级与喷口面积之间的变化规律。对于锯齿形降噪结构,首先建立不同的锯齿结构模型,通过单一变量的研究思路分别研究不同锯齿数量,锯齿内弯角度以及锯齿形状对喷流流动特性、尾喷管推力、喷流声源声功率以及喷流周向总声压级水平的影响以及变化趋势,并且通过湍动能场及锯齿下游的流向涡等信息来分析其对声功率级及总声压级的影响。最后通过将尾缘角度设计与锯齿结构设计进行对比,说明锯齿结构设计的有效性。而后将主要思路聚焦于锯齿结构设计,由于锯齿结构设计具有多因素,多水平的特点,因而采用正交分析方法分析出锯齿形尾喷管的各个结构参数对于尾喷管推力及周向喷流噪声总声压级这两个性能指标的贡献权重,并且根据均值效应图确定各因素下确定两个性能指标的最优水平,将贡献权重与最优水平相结合得到最优的尾喷管结构设计。
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