【摘 要】
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复合材料螺旋桨在工程上的应用广泛,在流体作用下其桨叶会产生较大的形变,对螺旋桨噪声存在影响,其与水动力噪声的发生位置相同。为了探究柔性螺旋桨非空泡噪声的发声机理,研究桨叶产生变形对于噪声的影响,本文基于FW-H方程编写了螺旋桨噪声预报程序对此进行研究。首先对螺旋桨非定常水动力性能进行仿真,获取流场数据。首先进行非定常仿真计算,并基于CFD-Post的宏命令,进行二次开发,编写数据获取脚本,快速导出
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复合材料螺旋桨在工程上的应用广泛,在流体作用下其桨叶会产生较大的形变,对螺旋桨噪声存在影响,其与水动力噪声的发生位置相同。为了探究柔性螺旋桨非空泡噪声的发声机理,研究桨叶产生变形对于噪声的影响,本文基于FW-H方程编写了螺旋桨噪声预报程序对此进行研究。首先对螺旋桨非定常水动力性能进行仿真,获取流场数据。首先进行非定常仿真计算,并基于CFD-Post的宏命令,进行二次开发,编写数据获取脚本,快速导出不同时间步下各节点坐标、压强分布以及运动方向的切应力分布等流场数据。验证数据并编写数据接口,为后续螺旋桨噪声计算提供数据基础。再基于FW-H方程开发噪声预报方法。明确FW-H方程时域积分解——Farrasat 1式中各项的含义,并推导流体粘性在式中的位置,对式中时间延迟、面元积分和时间微分做相应处理,编写非定常工况下考虑粘性的噪声预报程序,利用流场数据进行预报,与数值模拟结果做对比,验证程序的可靠性,证明编写的预报方法是可行的。接着利用编写的噪声预报方法对桨叶不同分区的噪声贡献进行分析。按照直径将桨叶平均分成四个区域,并做单位面积处理,预报结果表明:从径向上观测,在叶根处具有明显的高频分量;但随着半径的增大,高频分量变得不明显。其中厚度噪声的贡献量随着半径的增大而增大;而载荷噪声的贡献量沿着径向先增大,但在叶梢部分有减小的趋势,总噪声的变化趋势与载荷噪声相似;从轴向上观测,沿着半径方向变化不明显,但有略微增大的趋势。最后利用编写的噪声预报方法研究桨叶变形对水动力噪声的影响。使用自定义函数以及仿真软件得到变形的结果,探究桨叶产生均匀变形、周期性变形对于噪声的影响,以及在非均匀伴流下考虑流固耦合作用对噪声的影响。结果表明:相较于未发生变形时,产生均匀变形对噪声近乎没有影响;产生周期性变形时,总声压级波动了约2.91d B;在伴流下考虑流固耦合的作用后,总声压级波动了约4d B,由此可以看出,刚性桨产生小变形对于噪声具有一定影响,若采用复合材料螺旋桨产生大变形则对噪声的影响更加明显。
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