[发明专利]一种旋翼飞行器噪声数字化分析方法及系统

说明书

本发明公开了一种旋翼飞行器噪声数字化分析方法及系统。该方法包括：对旋翼飞行器进行旋翼流场模拟；对旋翼飞行器的桨叶分块；采用FW‑H方程计算各桨叶块的时域噪声；基于桨叶块的时域噪声计算桨叶块的声压级和噪声贡献，并确定声源区域；对声源区域进行基于压力梯度的自适应分块；采用FW‑H方程计算各自适应块的时域噪声；基于自适应块的时域噪声计算自适应块的声压级和噪声贡献，并确定声源位置；采用由FW‑H方程确定的复杂流动区域桨叶块噪声变化方程计算各自适应块的数字化气动噪声，并由数字化气动噪声确定声源位置处的噪声产生原因。本发明能准确描述流动的影响及噪声细节性变化，提高对旋翼飞行器噪声分析的准确性。

技术领域

本发明涉及飞行器噪声分析领域，特别是涉及一种旋翼飞行器噪声数字化分析方法及系统。

背景技术

旋翼飞行器具有独特的垂直起降方式及空中悬停能力，一些新构型旋翼飞行器，如倾转旋翼机、高速共轴直升机，更具有一定的高速巡航能力在各领域发挥着不可或缺的能力。旋翼飞行器在工作过程中，高速旋翼的旋翼、尾桨以及大尺寸的机身等会对周围的空气产生扰动，进而形成气动噪声。新构型旋翼飞行器具有多旋翼、多声源耦合作用等特点，飞行时所处的气动环境更为复杂，气动噪声的影响也更为明显。因此，针对旋翼飞行器的气动噪声研究是该领域的重点方向之一。

在所有的外部噪声中，一方面，由于所处频率低、传播距离远、所产生声压级大，同时具有明显周期性等特点，旋翼气动噪声占主导地位。另一方面，旋翼气动噪声会对直升机声隐身性能产生较大的影响。在战场上，噪声水平作为旋翼飞行器重要目标特性之一，会极大地影响其作战效能，而低噪声目标特性直升机可以在一些特殊场景发挥重要作用。而在民用领域，过高的旋翼噪声会影响乘机者的乘机体验以及地面居民的正常生活。

因此，对旋翼飞行器进行噪声研究并提出有效的降噪方法是必要的。传统的针对旋翼飞行器的降噪方法分为两类，主要包括被动方法：桨叶外形优化等；主动方法：高阶谐波控制(HHC)、单片桨叶控制(IBC)等。但这些噪声控制方法无法保证旋翼气动性能不会受到影响。因此，为研究噪声控制方法及旋翼流场载荷间的关系以提升降噪效果，需深入探寻旋翼气动噪声发声机理，以对降噪方法进行有效指导。

目前，旋翼气动噪声的主要计算方法是以基于福克斯威廉姆斯-霍金斯(FfowcsWilliams-Hawkings，FW-H)方程的声学类比法为主。Farassat等人基于FW-H方程进行一定的推导，得到便于数值计算的Farassat 1A公式，并建立了旋翼噪声计算模型。Farassat等基于Kirchhoff方法，使用广义函数理论推出了一般形式的Kirchhoff公式，并能进行四极子噪声的求解。P.di Francescantonio等人借用Kirchhoff方法的思路，将Farassat 1A公式推广到任意积分面，提出FW-Hpds方法，被广泛运用于跨音速噪声求解。通过几种旋翼气动噪声计算模型的建立，国内外学者对旋翼气动噪声进行了一些旋翼气动噪声领域的研究：Brentner等对比了FW-Hpds方法及Kirchhoff方法的优劣；陈丝雨等通过对pds方法积分面选取的研究，建立了自适应积分面方法；朱正等建立了共轴双旋翼的气动噪声计算方法。

综上所述，国内外学者针对旋翼气动噪声进行了各种领域的研究，并得出了有意义的结论，但是大多是从积分的角度，考虑整副旋翼的噪声影响，难以考虑旋翼流场中的某些细节特性对该处气动载荷、气动噪声的影响及内在机理，因此，对旋翼飞行器噪声分析的准确性有待提升。

发明内容

基于此，有必要提供一种旋翼飞行器噪声数字化分析方法及系统，以准确地描述并体现流动的影响及噪声细节性变化，提高对旋翼飞行器噪声分析的准确性，从而提升旋翼飞行器气动噪声的降噪效果。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种旋翼飞行器噪声数字化分析方法，包括：

对旋翼飞行器进行旋翼流场模拟，得到旋翼信息；所述旋翼信息包括旋翼近场桨叶表面载荷信息和桨叶分块所需的几何信息；