[发明专利]一种基于旋转开槽圆柱的凹腔噪声抑制方法

说明书

一种基于旋转开槽圆柱的凹腔噪声抑制方法，涉及凹腔噪声抑制。确定圆柱参数；确定圆柱的控制规律；确定槽的方式、大小、形状；确定开槽数目。首先在凹腔前缘安装旋转开槽圆柱，然后合理设置圆柱的直径、数目、间距、控制规律以及槽的方式、大小、形状、数量，产生所需强度和周期的扰动。可通过调整圆柱转速和开槽方式等来控制扰动周期与强度，达到耗散剪切层的效果。考虑到凹腔整体气动布局对性能和稳定域影响较大，本发明还考虑了非工作状态下的优化外形设计，实现工作时可控，停止工作后不对外影响。

技术领域

本发明涉及凹腔噪声抑制，尤其是涉及一种基于旋转开槽圆柱的凹腔噪声抑制方法。

背景技术

目前在航空航天领域中，突扩燃烧室、飞机起落架、战机内埋弹舱等装置都存在不同形式的矩形凹腔。当高速气流进入凹腔后，会出现压力脉动、自激振荡等不稳定现象，在凹腔附近形成噪声场，不仅影响乘客的舒适体验，也降低了军机的隐身性能。凹腔内的噪声源主要有三种：凹腔入口流体速度梯度形成的单极子噪声、剪切层撞击凹腔壁面产生的偶极子噪声、分离区旋涡和腔内湍流等相互作用的四极子噪声。针对这些噪声，许多学者研究了长深比、主动和被动等控制方式。

长深比L/D控制，即调节凹腔的长深比来产生不同的流场结构和声学特性，由此可将矩形凹腔分为三类：开式凹腔(1≤L/D10)、过渡式凹腔(10≤L/D≤13)与闭式凹腔(L/D13)，当L/D趋于无穷时，闭式凹腔就是常见的后台阶结构(杨党国.内埋武器舱气动声学特性与噪声抑制研究[D].中国空气动力研究与发展中心,2010)；主动控制包括等离子体技术、零质量射流、吹气、交流电信号生成扰动等形式；被动控制主要有改变腔体型面(倒角、开槽、倾斜和呈阶梯状)、增加几何体(前缘立齿、平齿，腔内立柱以及在前缘边界层内或者凹腔上方剪切层中悬挂细圆杆)、腔内布置多孔底板泄压等。这些控制方式都有不同程度的噪声抑制效果，其中主动控制的适应性和可靠性更优。分析机理可知，大部分主动控制是在入口处添加初始扰动，使凹腔上方剪切层失稳耗散。这不仅减少了单极子噪声，也削弱了后续的偶极子、四极子噪声，是一种理想的控制理念。

龚志斌等(龚志斌,李杰,张辉.旋转圆柱对翼型气动特性影响的数值模拟研究[J].空气动力学学报,2015,33(2):254-258)提出一种基于旋转开槽圆柱的主动噪声抑制方法。该方法借鉴了粘性流体中旋转体的Magnus效应，通过安装在凹腔前缘的开槽圆柱旋转，使圆柱和来流相切点处的速度方向与来流方向相反，降低来流在边界层附近的流速，从而抑制剪切层形成的初始速度梯度。同时旋转产生的反方向边界层与开槽产生的扰动相互叠加，进一步干扰凹腔前缘的剪切层形成，削弱其撞击凹腔壁面的能量，实现降低噪声的目的。

发明内容

本发明旨在提供可通过干扰剪切层的演化，实现削弱剪切层能量的效果，达到抑制凹腔噪声目的一种基于旋转开槽圆柱的凹腔噪声抑制方法。

本发明包括以下步骤：

1)确定圆柱参数；

在步骤1)中，所述确定圆柱参数的具体方法可为：根据凹腔的长深比和所处环境的最大来流马赫数，确定凹腔前缘半径和圆柱半径，在所述圆柱半径下，旋转开槽圆柱的1/4圆弧段充当凹腔前缘，根据凹腔的宽度以及结构强度的要求，确定圆柱的数量与各圆柱的间距。

2)确定圆柱的控制规律；

在步骤2)中，所述确定圆柱的控制规律的具体方法可为：考虑凹腔的两种状态，所述状态一为非工作状态，此时圆柱转换光滑表面来充当凹腔前缘，防止外界杂物进入；所述状态二为工作状态，此时圆柱和来流相切点处的速度方向与来流方向相反，由此确定圆柱旋转方向；根据来流马赫数的变化，驱动圆柱匀速或变转速旋转，以产生不同工况所需的扰动。

3)确定槽的方式、大小、形状；