[发明专利]一种考虑流动影响的风扇、压气机转静干涉宽频噪声快速预测方法

说明书

本发明公开了一种考虑流动影响的风扇、压气机转静干涉宽频噪声快速预测方法，通过获取被测模型的几何参数、主流参数、湍流参数后代入三维升力面宽频噪声模型，在模型中分别设置不同的计算频率，得到设置频率下风扇、压气机转静干涉所产生的宽频噪声声压级，将不同频率下的宽频噪声声压级绘制成图表，得到风扇、压气机转静干涉宽频噪声频谱图。本发明能够结合流场数值模拟结果和风扇、压气机转静干涉宽频噪声模型，实现考虑流动影响的风扇、压气机转静干涉宽频噪声快速预测。不仅能够大幅度降低对试验条件、计算资源和计算时间的依赖，而且能够考虑流动中湍流脉动的影响，可以进行风扇、压气机转静干涉宽频噪声产生机理研究，为风扇、压气机低噪声设计提供技术支撑。

技术领域

本发明涉及航空航天领域，具体涉及到一种考虑流动影响的风扇、压气机转静干涉宽频噪声快速预测方法。

背景技术

风扇、压气机噪声是航空发动机噪声的重要组成部分，随着现代涡轮风扇发动机涵道比不断增大，风扇、压气机噪声所占比例有不断增大的趋势，因此研究风扇、压气机噪声问题对降低航空发动机噪声乃至飞机整体噪声显得尤为重要。

风扇、压气机噪声的一个重要产生来源是转静干涉，当高速气流流经高速旋转的转子，会产生一系列的旋涡结构与湍流结构，作用于下级的静子后，便会产生高强度的离散噪声与宽频噪声。随着研究的不断深入，风扇、压气机转静干涉离散噪声的产生机理与控制方法逐渐清晰，但是风扇、压气机转静干涉宽频噪声问题仍然未得到很好的解决，噪声快速预测是理解噪声机理与设计控制方法中必不可少的环节。因此，研究风扇、压气机转静干涉宽频噪声预测方法具有重要意义。

当前风扇、压气机转静干涉宽频噪声的快速预测方法主要是经验方法和解析方法。经验方法可以用少量的试验数据代入经验公式，来实现风扇、压气机转静干涉宽频噪声的快速预测，但是经验方法无法考虑流动的影响，并且前期需要大量的试验结果来建立、修正经验公式。解析方法采用简化模型来预测风扇、压气机转静干涉宽频噪声，虽然大大减小了计算量，但是也不能考虑流动的影响，导致预测结果误差较大。

气体流动是产生风扇、压气机转静干涉宽频噪声的根本原因，因此，在风扇、压气机转静干涉宽频噪声的快速预测过程中，考虑转子与静子中流动的影响，分析转静干涉中旋涡结构与湍流脉动对噪声产生的作用，对减小风扇、压气机转静干涉宽频噪声的预测误差，理解风扇、压气机转静干涉宽频噪声的产生机理，设计风扇、压气机转静干涉宽频噪声的控制方法非常重要。

商业流场数值模拟软件广泛应用于叶轮机械的数值仿真，如NUMECA、Fluent、CFX等软件，利用商业流场数值模拟软件能获得风扇、压气机转静干涉三维流场结果，但其数值模拟结果只能够给出主流速度场和压力场等数据，无法直接计算出用来进行预测风扇、压气机转静干涉宽频噪声所需的全部参数，从而无法利用流场数值模拟结果与宽频噪声模型进行风扇、压气机转静干涉宽频噪声的快速预测。

发明内容

本发明的目的是提供一种考虑流动影响的风扇、压气机转静干涉宽频噪声快速预测方法，通过对利用商业流场数值模拟软件获得的风扇、压气机转静干涉流场结果进行综合处理分析，分析转子尾迹湍流脉动速度与湍动能的关系，计算出风扇、压气机转静干涉宽频噪声预测所需的湍流参数、几何参数和主流参数，结合已有的宽频噪声预测模型，实现在考虑流动影响下的风扇、压气机转静干涉宽频噪声快速预测。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种考虑流动影响的风扇、压气机转静干涉宽频噪声快速预测方法，包括：

S1:获取被测模型的几何参数，包括不依赖流场数值模拟结果的转子数、静子数、静子弦长、轮毂半径和机匣半径；

S2:获取被测模型的主流参数，包括从流场数值模拟设置及结果中得到的转速、密度、声速、进口马赫数；

S3:获取被测模型的湍流参数，包括从分析转子尾迹湍流脉动速度与湍动能的关系得到的背景湍流强度、中心线湍流强度、湍流宽度和湍流积分尺度；