[发明专利]一种发动机喷流声效率影响因子确定方法及装置

说明书

本发明公开了一种发动机喷流声效率影响因子确定方法及装置，包括发动机总机械功率计算；发动机试车时布置一定数量声压级测点，对每个测点进行基于发动机试车的声压级测量和总声功率计算；根据发动机总声功率和发动机总机械功率的比值，确定每个测点声效率影响因子；对多个声效率影响因子取均值，作为本发动机的声效率影响因子。本发明的一种发动机喷流声效率影响因子确定方法，可确定各类发动机的喷流声效率影响因子，为后续精确应用喷流噪声工程预示方法、新型号喷流噪声快速预示提供支撑。

技术领域

本发明属于运载火箭领域，涉及一种发动机喷流声效率影响因子确定方法及装置。

背景技术

运载火箭点火起飞时，发动机的喷流排气噪声和由地面反射噪声作用于火箭结构所引起的喷流噪声环境。起飞喷流噪声具有一定随机性，声压频带从10Hz到20KHz，会引起火箭结构和有效载荷的中高频动力学环境，引起的响应频率范围从20Hz到2000Hz，严重时可能造成结构破坏或是仪器设备的故障，导致飞行任务的失败。因此喷流噪声环境预示是制定火箭噪声环境试验条件的重要依据。

精确的火箭发动机喷流噪声的仿真预示需要借助计算流体力学，通过建立完整的流场和火箭结构模型，计算结构表面的压力再经过换算得到不同结构表面由于发动机喷流噪声所引起的噪声声压级谱，但是计算流体力学的计算成本大，尤其是对于涉及捆绑火箭结构和导流槽等较为复杂流场的计算，计算流体力学的效率对于工程来说更是不可接受，且精度也无法保证，因此对于火箭喷流噪声的预示来说更加可行的方法还是工程预示方法。

美国NASA根据发动机噪声理论和对大量历史试验数据观察、总结，形成了用于预示发动机喷流噪声环境工程预示方法。喷流噪声工程预示方法中考虑了各项参数对喷流噪声的影响，包括：发动机个数、离发动机喷口距离、与喷流方向的角度、发动机喷口的几何特性、发动机喷流速度、发动机推力等，因此对工程应用具有相当的实用价值。计算喷流噪声总功率是喷流噪声预示的第一步，对于大型火箭，发动机喷流噪声的总功率值可以用发动机总的机械功率通过以下公式来估计

L_windB(ref:10^-12watt)＝120+10log₁₀(αFV_e)

其中F是火箭发动机的推力；V_e是发动机出口喷流速度；α是声效率影响因子。

声效率影响因子是发动机总声功率和发动机总机械功率的比值。在由上式计算喷流噪声总声功率级时，需要根据火箭发动机的总机械功率来乘以声学系数来确定发动机的总声功率。美国NASA根据大量的火箭发动机的试车试验数据得到了喷流总声功率级与发动机功率之间的关系。保守估计，对于一般液体火箭发动机而言声学系数参考取值为0.5％，上限可以取1％。由于声效率影响因子的选取带有很强的经验色彩，因此在实际应用中需要结合试验数据不断改进。

工程预示方法计算量小、思路清晰，但是很多参数选取凭借经验，同时当前文献中经验参数基本基于国外的发动机参数。因此，确定一种喷流声效率影响因子参数获取方法，获取基于国内发动机的相关经验参数，才能将工程快速预示方法更好地应用于我国各型号火箭的喷流噪声环境预示中去。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种发动机喷流声效率影响因子确定方法及装置，用来确定各类发动机的喷流声效率影响因子，便于后续喷流噪声工程预示方法的精确应用。

本发明解决技术的方案是：一种发动机喷流声效率影响因子确定方法，包括以下步骤：

步骤1、获取发动机总机械功率W_J；

步骤2、发动机试车时布置N个声压级测点，测点距发动机喷口的距离大于预设距离，记录每个测点距发动机喷口的距离r_i，测量得到每个测点位置的声压级L_i，其中i表示第i个测点；