基于零质量射流技术的前缘缝翼噪声抑制方法及其机理研究

Slat noise is one of the main sources of airframe noise. The project intends to propose a method based on the zero-net-mass-flux jet technology to reduce the slat noise. By introducing a local zero-net-mass-flux jet to control the air flowing over the slat surface, the slat noise can be reduced at a low cost. The major idea is to place the jet actuator at the hook of the slat to excite the instability of the shear layer, and to generate streamwise vortex, which will interact with the large scale spanwise vortex to attenuate the shear flow and the slat surface collision in the downstream. Furthermore, the acoustic simulation codes based on the use of the zero-net-mass-flux jet will be developed. The numerical research of the flow characteristics over the slat provides a better understanding on the physics mechanism of noise reduction using the zero-net-mass-flux jet technology, especially on the excitation frequency of the zero-net-mass-flux jet on the free shear layer instability evolution mechanism. The technology of noise reduction will be summarized, which can provide technology preparation for the development of new theories and techniques for aerodynamic noise reduction.

前缘缝翼噪声是飞机机体噪声的主要来源之一。本项目拟提出一种利用零质量射流技术抑制前缘缝翼噪声的方法，通过在表面局部引入零质量射流，对气流的流动结构进行主动控制，实现以较小的代价达到抑制噪声的效果。核心思想是在前缘缝翼尾钩位置引入零质量射流，利用零质量射流与前缘缝翼剪切层作用产生流向涡，抑制剪切层内大尺度的展向涡结构，从而减弱剪切层内的旋涡结构对缝翼凹腔壁面的碰撞，达到抑制前缘缝翼噪声的效果。在此基础上，发展耦合零质量射流控制的气动噪声数值模拟方法。通过对利用该技术抑制前缘缝翼噪声开展大规模数值模拟研究，弄清零质量射流对前缘缝翼流动及噪声的影响机理，特别是零质量射流的频率对剪切层的发展演化和对前缘缝翼噪声的影响机理。总结利用该技术抑制前缘缝翼噪声的机理，提出一套基于零质量射流技术的前缘缝翼噪声抑制方法，从而为发展新的前缘缝翼噪声抑制方法提供理论和技术准备。

前缘缝翼噪声是飞机机体噪声的主要来源之一。本报告针对前缘缝翼噪声抑制的问题，提出了基于零质量射流技术的前缘缝翼噪声抑制方法。采用CFD/FW-H耦合求解的混合方法对Rod-Airfoil模型、30P30N多段翼的流场和噪声特性进行数值模拟，通过将时均速度、表面压力系数分布、监测点的噪声频谱图等与试验值对比，验证了前缘缝翼噪声数值模拟方法的正确性。在此基础上，以30P30N多段翼为研究对象，在前缘缝翼尾钩施加零质量射流控制，研究其对前缘缝翼噪声的影响。通过对有/无施加零质量射流的远场监测点总声压级进行对比，验证了该方法可以起到抑制前缘缝翼噪声的效果。分析流场结构可以看到零质量射流产生的流向涡与前缘缝翼尾缘拖出的展向涡作用，使得大尺度的展向涡提前破碎，减弱了剪切层旋涡流对前缘缝翼凹腔的撞击，这些对抑制前缘缝翼噪声都是有利的。本项目进一步研究了零质量射流的喷射速度和频率对前缘缝翼噪声的影响，表明喷射速度对前缘缝翼噪声抑制的影响较小，而频率对噪声抑制效果的影响较大，且存在较优的喷射速度和频率。针对前缘缝翼在开口式声学风洞噪声试验时，风洞剪切层引起的声线折射会影响声源定位精度的问题，本项目开展了风洞剪切层对声源定位的影响研究，提出了UCMAR方法可以考虑不同凸形风洞剪切层的声线折射效应，修正剪切层折射导致的声源偏移，提高了声源定位的精度。为了发展自主的前缘缝翼噪声预测软件，本项目开展了基于格子Boltzmann方法的气动噪声数值模拟方法研究，发展了通用的插值补充LBM（GILBM）方法，可以模拟翼型噪声等机体噪声问题。以上研究取得的成果为更加深入研究前缘缝翼噪声的产生及抑制机理，发展新的噪声抑制方法做好技术积累。