激波噪声关键问题研究

The key problems of shock associated noise will be studied systematically by theoretical analysis, direct numerical simulation and experimental tests. High order, high resolution and low dissipation shock capturing numerical scheme will be developed to simulate the unsteady flow with shock wave as well as acoustic wave. Typical problems will be studied by direct numerical simulation. Based on the time-reversal method and sensitivity analysis, we will develop the technique for noise diagnosis, the decomposition and localization of sound sources. The theory of multi-process decomposition and coupling will be developed. Combing direct numerical simulation, the mechanisms of the generation of shock associated noise will be studied and varified by experimental tests..

采用理论分析、直接数值模拟和风洞实验相结合的方法，系统研究激波噪声的关键问题。建立既能捕捉激波又适用于声波计算的高阶精度、高分辨率、低耗散、低色散的数值方法；采用MPI并行技术，以及超大规模的并行计算，对典型的激波噪声问题进行直接数值模拟，获得包括激波噪声在内的高精度流场数据，并进行实验验证；基于时间反演过程和声场敏感度分析方法，发展噪声诊断技术，研究声源分解与定位；发展完善多过程分解和耦合理论，结合直接数值模拟的数据，定量研究激波噪声的产生机理。

激波是空气动力学的重要结构和研究对象，会产生强激波噪声，激波噪声是超声速飞行器设计的重要指标。本项目针对激波噪声的诊断理论、数值模拟方法和产生机理，开展了系统深入研究。. 从非线性动力系统出发，深入研究了流场和声场分离难题，严格验证了短时联合有限时间李雅普诺夫指数与胀量的关系，提出了描述声场的新变量：短时联合有限时间李雅普诺夫指数，结合亥姆霍兹分解和动态模态分解方法，发展了新的噪声识别方法；建立了具有类谱分辨率的紧致格式，解决了高阶精度加权类激波捕捉方法出现非物理噪声的难题，建立了针对激波噪声计算的光滑因子设计准则，形成了高效、高阶精度低耗散的数值方法；采用数值模拟和风洞实验手段，系统深入研究了超声速喷流和空腔的激波噪声，揭示了超声速喷流中束缚波形成过程和激波噪声产生的激波泄露机制，给出了超声速喷流啸声产生的位置，建立了空腔噪声的模型；系统研究了旋涡对声波的散射特性，提出了涡列定向控制噪声的新概念，建立了一种涡列定向控制噪声模型。. 项目累计发表论文46篇，国内外会议报告17次，成果获四川省自然科学一等奖1次，国防发明一等奖1次，中国航天科技集团技术发明一等奖1次。