有限厚度变截面管道风扇噪声的快速声散射计算

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雅宝题库解析：
随着工业化进程的深入，民用航空领域日益壮大，航空噪声题目变得更加突出。为了满足未来适航条例关于噪声水平的要求，使中国自主设计制造的飞机飞出国门，与世界接轨，扩大飞机市场的占有率，必须对气动声学及其相关领域展开深入的研究，建立噪声分析系统。本文工作主要致力于变截面管道声散射题目的研究，为航空发动机的消声短舱设计提供一条新途径。本文首先研究了变截面管道声传播和管口声辐射，将NASA的快速声散射方法和直接边界元方法相结合，融合了NASA模型可以考虑复杂截面形状以及直接边界元方法求解便利的优势，发展了可预测有壁厚、变截面管道散射声场的方法，作为管道声处理设计的数值预测工具。本文的计算结果分别与计算气动声学标准算例结果、传递单元方法指向性结果和有限元方法降噪量、等值线云图进行了对比，验证了本文所提出的快速声散射方法在变截面管道散射声场题目模拟中的可行性。随后，本文与基于声类比方法的边界元模型的计算结果进行了比较。声类比方法适用于任意形状的运动物体，可以处理高速流动表面的剪切附面层对入射声的折射，在计算管道声传播题目中，可以考虑管道厚度对声场的影响。因此可将原有的等截面管道声学模型扩展至有厚度、复杂截面形状的声散射题目模拟中，与本文发展的快速声散射方法进行了对比，两种方法的指向性基本一致，可以相互验证。应用本文发展的快速声散射方法，研究了等截面圆管、变截面圆管和变截面圆环管三种不同简化模型对散射声场的影响，并尝试对管道厚度影响给出了一些理论研究。最后研究了不同简化模型、管道厚度和声衬共同作用时对降噪效果的影响。在进行发动机散射声场预测时，要根据实际计算情况选择适当的几何简化，确定模型的简化，如果管道厚度超过半径的2%，则必须考虑管道厚度对散射声场的影响。最后，将本文发展的快速声散射模型应用于声衬结构参数优化设计，即结合声阻抗预测程序和本文发展的快速声散射程序对某低速风扇实验台进行了声衬结构参数的优化设计，对已有的J-69转子实验台和CF34-10A风扇进行了声衬降噪效果的数值模拟，得到的降噪效果与实验结果，以及与GE公司提供的结果有基本一致的趋势，展现了快速声散射方法在实际工程中的应用潜力。