[发明专利]具有齿形的翼型

说明书

一种翼型，比如气动翼，该翼型具有前缘和尾缘，该翼型的前缘和尾缘中的一者或两者的至少一部分具有齿形轮廓，齿形轮廓包括多个邻接的齿，每个齿具有表示齿的局部最大弦长方向延伸范围的顶端点，并且在顶端点的每一侧的展长方向上具有根端点，根端点表示齿的局部最小弦长方向延伸范围，并且在根端点处，齿与相应的相邻的齿邻接，其中，齿边轮廓在顶端点与根端点之间以Ogee型曲线变化，使得齿在顶端点的邻域中和根端点的邻域中比在顶端点与根端点之间的位置处更尖锐。

背景技术

本公开涉及降低诸如气动翼(aerofoil)和水翼(hydrofoil)之类的翼型(foil)的噪声。

机翼噪声在广泛的应用(例如风力涡轮、航空发动机、高速螺旋桨和风扇)中很重要。降低机翼噪声的技术需求普遍存在。

机翼噪声很复杂，并且通常被认为是由多种物理噪声生成机制产生的噪声组合。这些噪声包括由于尾缘对湍流边界层的散射而引起的噪声、翼尖涡流形成噪声、以及由于前缘对来流(incoming)的湍流阵风的散射而引起的噪声。

在许多应用中，尤其是在安装了一排以上的转子的情况下，机翼前缘对非恒定流的散射在噪声生成中起着至关重要的作用。例如，在反向旋转的开放转子系统(例如，螺桨式风机发动机)中，来自前排的尾流撞击到下游叶片上。这导致不稳定的尾流与下游叶片前缘之间的强烈相互作用，从而导致高效的噪声辐射。该噪声通常被称为前缘噪声(leading-edge noise)，并且被认为是类似多排转子系统中的主要噪声来源，所述多排转子系统例如是喷气发动机(即，诸如涡轮风扇或涡轮螺旋桨发动机之类的燃气涡轮发动机)。

对前缘噪声的研究可以追溯到1940年代。早期尝试研究了平板在集中于不可压缩流的正弦阵风作用下的空气动力学响应。后来研究被扩展到可压缩流。在一种方法中，使用Schwarzschild法以及Kirchhoff和Curle理论获得了由于单个正弦进入阵风引起的声学响应。然后，远场声音与垂直速度波动的波数频谱密度有关。如果能够准确地模拟该波数频谱密度，就可以使用该方法鲁棒地预测远场声音，并且该远场声音与实验结果非常吻合。

由于前缘噪声在许多应用中的重要性，前缘降噪技术多年来一直受到研究者的关注。研究中最广泛的方法之一是使用受仿生学启发的齿形前缘。实验已表明，齿形的使用会有效的降低前缘噪声，以及高攻角下的改善的空气动力学性能。在许多近期工作中，也对使用齿形的声学优越性进行了数值研究，其中表明，无量纲量在确定齿形的有效性中起到重要作用，其中表示在流向(stream-wise)方向上的流体动力学波数，并且表示齿形的根端到顶端长度的一半。

尽管已经证明齿形能够有效地降低前缘噪声，但是迄今为止，尚未解答哪种齿形几何形状会达到最大降噪效果的问题。齿形几何形状如何改变声学性能，以及如何能设计出在声学上更有效的齿形这些问题一直来备受关注。

发明内容

已经针对翼型(例如气动翼和水翼)的前缘、尾缘或前缘和尾缘两者开发出减少噪声生成的齿形轮廓。