大型客机增升装置气动噪声高精度混合数值模拟

This project aims to resolve the key technical issue that arises from the acoustic of the high-lift device in large civil aircraft study. Using high-order acoustic hybrid computation methods on curved unstructured hybrid grids, efficient and accurate aero-acoustics simulations of the high-lift device (HLD) are carried out. The research topics include: (1) A high order discontinuous Galerkin method is developed for solving Reynolds averaged Navier-Stokes (RANS) equations coupled with delayed detached eddy simulation (DDES) to accurately resolve the details of the complex turbulence in aero-acoustics source; (2) A prediction method for the middle and far field noise propagation is introduced with FW-H integral equation; (3) A MPI parallel computing algorithm is developed within acoustic hybrid method, the large-scale parallel computing is carried out; (4) Different high-lift device models are built based on industrial engineering problem. Through accurate numerical simulation, the flow mechanism of the major noise source parts, like slats and brackets, is analyzed, revealing the mechanism of noise generation and propagation characteristics, and providing the technical and theoretical support for the high-lift devices in large civil aircraft study.

本项目针对我国大型客机研制中的增升装置气动噪声亟待解决的关键技术难题，发展基于曲线非结构混合网格的高精度气动噪声混合数值模拟方法，开展大型客机增升装置气动噪声高效率、高精度、精细化数值模拟。研究内容包括：(1) 发展一种求解雷诺平均Navier-Stokes方程的高精度间断伽辽金方法，并耦合延迟分离涡模拟，用以精细化地模拟噪声声源复杂湍流细节; (2) 发展基于FW-H积分方程的中远场声传播精准预测方法; (3) 发展基于气动噪声混合数值模拟方法的MPI并行算法，开展大规模并行计算; (4) 针对工程实际问题建立合理的增升装置模型，通过精细化数值模拟，分析大型客机增升装置前缘缝翼和缝翼滑轨等主要声源部位的流动物理机制，揭示其噪声产生机理和传播特征，为大型客机研制中的增升装置降噪设计提供技术与理论支持。

本项目针对我国大型客机研制中的增升装置气动噪声亟待解决的关键技术难题，提取出了增升装置气动噪声产生机理和控制技术研究中基于三维复杂构型的复杂湍流高精度精细化数值模拟的关键科学问题。为了解决该问题，在声源和近声场区域，发展了一种求解雷诺平均Navier-Stokes方程的高精度间断伽辽金方法，通过耦合延迟分离涡模拟方法，实现了对复杂湍流流场发声过程的高精度数值模拟。在远声场预测方面，考虑了湍流四机子声源与高精度间断伽辽金方法的特点，发展了适用于复杂湍流情况下增升装置远声场积分的可穿透面FW-H积分方法。为了克服增升装置复杂湍流的计算问题，发展了基于气动噪声混合方法的MPI并行算法，开发了气动噪声混合方法的高性能并行计算程序，并通过NACA0012和30P30N增升装置等标准算例的测试，验证李该计算方法和所开发计算程序的可靠性。在此基础上，针对工程实际问题建立了包含前缘缝翼、主翼、后缘襟翼和缝翼滑轨等机构在内的三维增升装置模型，对比分析了前缘缝翼和缝翼滑轨对声源和声传播的影响，对比分析了不同缝翼滑轨外形对声源和声传播的影响，基于对声源区、声传播区的高精度精细化数值模拟，揭示了增升装置在复杂结构耦合作用下的噪声产生机理和传播特征，为大型客机研制中的增升装置降噪设计提供技术与理论支持。