自由剪切流的噪声产生机理和噪声控制

剪切流气动噪声是航空飞行器等的主要声源，研究自由剪切流噪声的产生机理及控制机制有重要的科学意义，并对气动噪声的工程控制有重大的理论指导价值。本项目主要研究绝对和对流不稳定自由剪切流的气动噪声，分析不同扰动下近场声源及所诱导的远场噪声，揭示绝对/对流不稳定性自由剪切流气动噪声产生的机理；研究亚声速对流不稳定性的自由剪切流在入口持续激励下的感受性及所诱导的远场噪声，揭示持续激励下的自由剪切流产生噪声的机理；使用伴随优化控制的方法，以远场噪声的抑制为控制目标，研究自由剪切流噪声的优化控制，比较控制前后的流场与声场，揭示抑制噪声的机理。

在航空工程中，气动噪声是飞行器设计者所关心的重要问题。本项目主要研究了剪切流相关的气动噪声产生机理及其与稳定性模态的关系，具体包含如下几个问题：(1)研究了绝对/对流不稳定性自由剪切流的气动噪声，发展了一种新的噪声比拟公式，将近场动力学的压力功和远场噪声联系起来；采用新的比拟公式，解释了所考虑的流动中的噪声产生机理，揭示了声源分布的拓扑结构。(2)研究了空间发展混合层、平面射流和圆射流等多种问题的噪声对入口扰动的感受性，通过改变基频及亚谐频扰动的频率或者两个扰动的相位差，详细研究了不同两涡相互作用方式的发声，对更复杂的多涡相互作用发声问题也进行了探讨；采用数值模拟方法，研究了湍流圆射流的相干结构与声发射问题。(3)研究了基于伴随的自由剪切流气动噪声优化控制，分析了混合层噪声抑制的机理；采用数值模拟方法研究了旋拧射流的近场和远场行为，分析了旋拧射流降噪机理，结果表明，旋拧效应可以影响噪声的产生，从而在一定程度上起到降低噪声的作用。(4)基于激波捕捉格式及色散关系保持格式，设计了一种新的混合计算格式，可以用于带有激波的气动噪声问题。(5)研究了开式方腔流动的噪声，给出了低频不稳定自持模态的产生机理。这些研究有助于认识气动噪声产生机理，并可为工程上抑制噪声提供参考。