[发明专利]基于发动机喷管缩比模型的喷流噪声主动控制试验平台

说明书

本发明涉及一种基于发动机喷管缩比模型的喷流噪声主动控制试验平台，包括涡扇发动机喷管缩比模型、供气系统、降噪试验舱、噪声频谱测量装置、电动阀门和控制器。通过微喷流流量和外涵道导流叶片构型与角度的变化对喷流噪声辐射的大小进行调节，试验件为发动机喷管的缩比模型，包含带微喷流的喷管试验件和多种外涵导流叶片构型的喷管试验件。供气系统采用螺杆式空气压缩机和高压气罐，通过调整电动阀门改变进入内外涵道的空气和微喷流流量。噪声频谱测量装置包含噪声频谱测量仪、麦克风阵列和信号处理软件，在线采集声音信号处理与分析。喷管缩比模型和噪声频谱测量装置均放置于安装吸声材料的试验舱内。优点：灵活度高、试验便捷、成本低。

技术领域

本发明是一种基于涡扇发动机喷管缩比模型的喷流噪声主动控制试验平台，属于航空发动机噪声控制技术领域。

背景技术

喷流噪声是飞机最主要的噪声源之一，目前航空发动机喷流降噪技术多为被动噪声控制技术，能够降低航空发动机噪声的潜力已经不大，且大多对于发动机的推力性能具有负面影响，由于被动降噪技术需要按照最苛刻的工况和噪声指标进行设计，因而其对于发动机推力性能的负面影响在其他工况下愈加明显。微喷流降噪技术是一种对于亚声速和超声速均可行的主动降噪方案，在航空发动机上主要是通过向主流中喷射少量高压的气流实现降噪目的。发动机喷流噪声的主要来源为大尺度湍流引起的低频噪声，为喷射流通过引入额外的气流速度动量，改变主喷流的羽流结构，将大尺度结构分裂为小尺度结构，降低低频噪声的强度，从而达到降低噪声的目的。同时利用微喷气流在剪切层中形成强烈的流向涡，通过流向涡的卷吸作用将流体卷入喷流中心，起到强化掺混的作用，降低主喷流速度，使得湍动能降低且分布更为均匀，从而降低噪声。现有研究表明，仅需要使用约主流0.2%流量大小的微喷流即可降低总噪声声压级2dB。外涵导流叶片FFD（FanLlowDeflector）降噪技术是利用布置在涡扇发动机外涵道出口处的导流叶片，在不改变发动机喷管轴向位置的情况下改变外涵道喷流的流向，从而降低喷流噪声辐射。降噪的核心在于降低大尺度湍流动能，研究表明湍流动能与喷流的速度梯度负相关，FFD将部分外涵喷流引入到内涵喷流下方，从而降低喷流下方的速度梯度，同时内涵高速喷流区受到挤压变得更紧致，对喷流流场对地面的噪声辐射起到屏蔽作用。现有研究表明FFD方法可以降低发动机对地面的喷流噪声辐射达5dB，是一种很有潜力的降噪手段。

微喷流降噪的降噪效果取决于喷射角度、喷射器数量和尺寸、射流压力和射流流量等，影响因素多且互相之间存在复杂的耦合关系，在发动机上进行主动微喷流降噪试验经费庞大、难度高，目前仅有针对YJ97等极少数的发动机进行了微喷流主动降噪试验，虽然取得了很好的降噪效果，但由于试验样本和数据少，目前微喷流降噪技术机理仍比较有限。外涵道导流叶片是一种较新的主动降噪技术，目前国内外的研究中其导流叶片的角度都是固定的，若要根据发动机工作状态和噪声水平对叶片角度进行调整，则需要进行更系统的试验研究获得导流叶片角度与降噪幅度的一般性关系。为使涡扇发动机喷流噪声主动控制研究能够广泛开展，当前急需一种针对喷流主动降噪的的低成本试验平台。

发明内容

本发明提出的是一种基于涡扇发动机喷管缩比模型的喷流噪声主动控制试验平台，其目的在于针对发动机喷流噪声试验一般试验经费高、难度大、受场地限制，且国内缺乏针对航空发动机主动喷流噪声控制的试验平台的缺陷，公开了一种由涡扇发动机喷管缩比模型、供气系统、降噪试验舱、噪声频谱测量装置、电动阀门和控制器组成的喷流噪声主动控制试验平台，通过改变微喷流流量和外涵导流叶片构型角度控制喷流噪声辐射的大小。