[發(fā)明專利]一種渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)短艙微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010439478.X
• 申請(qǐng)日: 2020-05-22
• 公開（公告）號(hào): CN111581733B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高飛;王美燕;顧金桃;肖乾;胡陳映
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司西安飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所
• 主分類號(hào): G06F30/15
• 分類號(hào): G06F30/15
• 代理公司: 北京航信高科知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11526
• 代理人: 高原

本申請(qǐng)屬于飛機(jī)噪聲控制領(lǐng)域，特別涉及一種渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)短艙微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟：步驟一、計(jì)算微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的聲阻抗率；步驟二、計(jì)算吸聲系數(shù)；步驟三、判斷吸聲系數(shù)是否滿足條件；步驟四、計(jì)算共振頻率；步驟五、計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲頻率，判斷其與共振頻率的差值關(guān)系；步驟六、進(jìn)行變參計(jì)算；步驟七、構(gòu)造優(yōu)化函數(shù)優(yōu)化分析；步驟八、得到最優(yōu)微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)參數(shù)，并用于渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)短艙吸聲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本申請(qǐng)的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)短艙微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，分析步驟簡(jiǎn)潔，便于計(jì)算機(jī)自動(dòng)化迭代計(jì)算，可以大幅提升工作效率，所設(shè)計(jì)得到的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)短艙微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)，其形式簡(jiǎn)單，易于加工，且能夠大幅度降低發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)屬于飛機(jī)噪聲控制領(lǐng)域，特別涉及一種渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)短艙微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

當(dāng)前先進(jìn)運(yùn)輸類飛機(jī)大多使用渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)(簡(jiǎn)稱渦扇發(fā)動(dòng)機(jī))，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲是飛機(jī)的主要噪聲源之一。渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲主要包括：風(fēng)扇噪聲、壓氣機(jī)噪聲、渦輪燃燒室噪聲和噴流噪聲等，其中風(fēng)扇噪聲與壓氣機(jī)噪聲主要通過短艙進(jìn)氣道向前方傳播，并在飛機(jī)起飛階段是影響環(huán)境的重要因素。針對(duì)此問題，中國(guó)民航適航標(biāo)準(zhǔn)CCAR-36部對(duì)起飛噪聲進(jìn)行專門的限定。所以通過分析發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲傳播的途徑，可以看到，在短艙進(jìn)氣道內(nèi)壁增加吸聲結(jié)構(gòu)，可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)向前傳播的噪聲。

目前，微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍非常廣泛，包括建筑、管道工程、工業(yè)設(shè)施、交通等等。但是上述應(yīng)用絕大多數(shù)是在氣流流速較低的條件下，流速一般不超過0.3Ma。但是，在高速流動(dòng)條件下，特別對(duì)于高速飛行的飛機(jī)而言，為保證飛機(jī)安全性、環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性，基于穿孔吸聲結(jié)構(gòu)的進(jìn)氣道消聲設(shè)計(jì)受以下條件限制：不產(chǎn)生流場(chǎng)畸變、不產(chǎn)生過大的流阻、保證發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣效率；不產(chǎn)生較大次生噪聲；更重要的是在復(fù)雜流動(dòng)環(huán)境下具有足夠的吸聲性能和足夠?qū)挼奈曨l帶等。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題至少之一，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)短艙微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。

本申請(qǐng)公開了一種渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)短艙微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟：

步驟一、根據(jù)預(yù)設(shè)的微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)參數(shù)，計(jì)算微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的聲阻抗率，其中，聲阻抗率Z通過如下關(guān)系式得到：

其中，r是相對(duì)聲阻率：m是相對(duì)聲質(zhì)量：ω是角頻率，ω＝2πf；f是頻率；D是吸聲結(jié)構(gòu)空腔深度；c是音速；j表示虛部；d是孔徑；t是微穿孔板厚度；p是穿孔率；K_r是聲阻常數(shù)：K_m是聲抗常數(shù)：

步驟二、根據(jù)聲阻抗率計(jì)算微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲系數(shù)；

步驟三、判斷吸聲系數(shù)是否滿足第一設(shè)定條件；滿足則進(jìn)行步驟四，否則，返回步驟一，調(diào)整預(yù)設(shè)的微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)參數(shù)；

步驟四、根據(jù)所述聲阻抗率計(jì)算微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的共振頻率；

步驟五、計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲頻率，判斷發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲頻率與微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的共振頻率的差值是否滿足第二設(shè)定條件；滿足則進(jìn)行步驟六，否則，返回步驟一，調(diào)整預(yù)設(shè)的穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)參數(shù)；

步驟六、保留本次預(yù)設(shè)的微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)參數(shù)，返回步驟一，進(jìn)行變參計(jì)算，以分析微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的性能；

步驟七、構(gòu)造優(yōu)化函數(shù)，目標(biāo)是使微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲系數(shù)最大；

步驟八、根據(jù)優(yōu)化計(jì)算結(jié)果，得到最優(yōu)微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)參數(shù)，并用于渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)短艙吸聲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

根據(jù)本申請(qǐng)的至少一個(gè)實(shí)施方式，所述步驟二中，吸聲系數(shù)α通過如下關(guān)系式得到：

根據(jù)本申請(qǐng)的至少一個(gè)實(shí)施方式，所述步驟四中，共振頻率f_r通過如下關(guān)系式得到：