[发明专利]一种抑制直升机旋翼高速脉冲噪声的鼓包设计方法

说明书

一种抑制直升机旋翼高速脉冲噪声的鼓包设计方法，涉及直升机旋翼噪声。包括以下步骤：1)确定旋翼桨尖鼓包的设计点状态；2)确定旋翼前行桨尖激波的位置；3)确定三角圆锥激波的位置及参数；4)将三角圆锥激波离散切片，求每个吻切平面激波线上的参数；5)根据特征线理论求解每个吻切平面激波线后的流场参数，确定吻切平面内鼓包的bump型线；6)生成三维鼓包型面。利用吻切理论和特征线法设计在旋翼桨尖上设计的鼓包，不仅可以减弱激波，消除激波“离域化”现象，起到抑制旋翼高速脉冲噪声的效果。另外，提出的鼓包设计方法，结构简单，技术实现方便，不需要额外复杂的控制系统，是一种很有潜力的旋翼高速脉冲噪声抑制方案。

技术领域

本发明涉及直升机旋翼噪声，尤其是涉及一种抑制直升机旋翼高速脉冲噪声的鼓包设计方法。

背景技术

直升机与固定翼飞机相比，具有垂直起降、高机动性和空中悬停等独特优势，在军用和民用领域都得到了广泛的应用。然而直升机的噪声很大，对于军用直升机，噪声将极大影响其隐身性能，进而影响直升机的生存力，对于民用直升机，噪声也将影响乘客乘坐的舒适性。因此，噪声问题日益成为直升机设计重点考虑的问题，开展直升机降噪研究具有重要意义。

旋翼噪声是直升机噪声的主要来源，按其噪声特性可以分为旋转噪声和宽带噪声、高速脉冲(High-Speed Impulsive,HSI)噪声、桨-涡干扰(Blade-Vortex Interaction,BVI)噪声(陈平剑,仲唯贵,段广战.直升机气动噪声研究进展[J].实验流体力学,2015,29(3):18-24)。其中高速脉冲噪声是旋翼桨叶产生的一种猛烈的、阵发性的拍击声音，是直升机最主要的噪声源之一。该噪声是由旋翼前行桨尖激波产生。当前行桨尖马赫数较低时，桨叶表面的激波被限制在桨尖区域内；当桨尖马赫数增大到一定值时，桨叶表面激波会扩散至桨尖外部的超声速区域，称为“离域化”现象，激波干扰会传播至远场，产生严重的高速脉冲噪声(Schmitz F H,Yu Y H.Transonic rotor noise:theoretical and experimentalcomparisons[J].Vertica,1981,5(1):55-74)。高速脉冲噪声一直是旋翼空气动力学和气动声学研究的重点和难点。虽然国际上也提出了很多抑制高速脉冲噪声的措施，但是该问题尚未得到很好解决。

旋翼高速脉冲噪声的抑制目前主要采用优化桨尖形状和凹槽控制等方法。优化桨尖形状如采用前掠、后掠、后掠尖削组合、前掠-后掠组合等，可以减弱激波“离域化”现象，起到降低高速脉冲噪声的效果。凹槽控制方法如Doerffer P,Szulc O(Doerffer P,SzulcO.Application of the passive control of shock wave to the reduction of high-speed impulsive noise[J].International Journal of Engineering SystemsModellingSimulation,2011,3(1/2):64-73)采用在旋翼桨叶激波下方放置凹槽，上面盖多孔板的方法，激波后的气流可以通过凹槽流到波前，降低激波强度，起到降低高速脉冲噪声的效果。然而研究指出该方法引入了边界层回流，粘性阻力大大增加，在大多数情况，该方法带来的粘性损失大于或等于波阻降低的收益。因此，旋翼高速脉冲噪声抑制方法还未达到成熟应用的程度，仍需进一步探索新的流动控制方法。