关于非结构网格CFD技术的旋翼气动噪声计算方法研究.pdfVIP

第29卷第5期 空气动力学学报 V01．29。_No．5 2011年lO月 ACTAAERoDYNAMICASINlCA 0ct．，2011 文章编号：0258．1825(2011)05旬559Ⅲ8 基于非结构网格CFD技术的旋翼气动噪声 计算方法研究 王阳，徐国华，招启军 (南京航空航天大学直升机旋翼动力学国家级重点实验室，江苏南京210016) 摘要：将基于非结构网格技术的旋翼流场cFD计算方法与基于Fw-H和Kirchh耐方程的声学方法相结合，建立了 一套既适合予直升机旋翼厚度、载荷和桨-涡干扰噪声，又适合于跨声速高速脉冲噪声的综合计算模型。为提高旋 翼流场及桨叶表面气动载荷计算的精度。主控方程的求解采用了三维可压非定常的N-S方程，网格划分则使用非结 构运动嵌套网格方法。在噪声计算中，通过Fw．H方法计算旋翼的厚度噪声和载荷噪声，并选取能够包含流场非线 性区域的旋转面作为Kirchhoff积分面，由Kirchho牙方法计算包含四极子项的高速脉冲噪声。应用该模型．以AH-l 旋翼为算例，计算了不同飞行状态下的旋翼气动噪声，并与可得到的试验结果进行比较，验证了方法的有效性。然 后，着重对两种声学方法对计算结果的影响进行了对比研究，并分析了旋翼厚度噪声、载荷噪声和四极子噪声的特 性。 关键词：旋翼噪声；非结构网格；Kirchh析方法；Fw-H方法；旋翼；直升机 中图分类号：v212．4 文献标识码：A 网格，但是由于现代旋翼桨叶的外形正设计得更为复 0 引 言 杂，采用非结构网格可更好地模拟现代桨叶外形一。。它 随着直升机的广泛应用，直升机噪声尤其是旋翼噪 是一种更适合旋翼噪声计算的流场网格划分方法。本 声已成为直升机技术领域的研究热点之一…。为降低 文亦采用非结构网格技术进行旋翼流场网格的划分，并 直升机旋翼的噪声，人们开始更为深入地开展旋翼噪声 在声学计算所需的区域进行加密处理，以获得更高的计 特性的研究，这便需要发展准确且适用性好的旋翼噪声 算精度。 计算方法。 当前，可与CFD结合的旋翼气动噪声计算的主流 旋翼噪声的计算与旋翼流场的求解是密切相关的， 方法是面积分方法(聊-H方法和Kirchho西方法)。 之前的研究主要基于涡流理论等方法。虽然涡流理论 Fw—H方程虽然适用性强，但是其四极子项的求解非常 尾迹模型可以较好地计算旋翼流场的诱导速度分布，但 困难，因而先前研究中一般只计入单极子和偶极子 由于采用升力线理论，在计算旋翼桨叶表面细节气动力 项∞。】。而Kirchhoff方法能够有效地计算包含四极子 时存在一些困难，因而噪声的计算精度也不高。近年 噪声项在内的非线性噪声¨q1，解决了聊一H方程不容 来，随着旋翼CFD技术的快速发展，桨叶表面气动力的 易计算的四极子噪声项的困难问题，现已成为旋翼高速 计算精度得到很大提高。目前，旋翼气动噪声计算的一 脉冲噪声计算的主要方法。但是该方法又不区分厚度 种具有良好精度又便于实现的方法是，先由CFD方法 噪声、载荷噪声和四极子噪声，只给出一个总的声压解。 计算求得流场信息，然后输入流场信息到声场计算中以 鉴于此，本文拟结合Fw—H方程和酗rchh罐方程各 进行旋翼噪声的求解陋．3】。 自的优点，并与旋翼流场的计算同步求解，建立一个既 先前用于噪声计算的旋翼CFD方法大都采用结构 适合于旋翼厚度噪声、载荷噪声(包括桨一涡干扰噪声)， ·收稿日期：20lO—07一13；修订日期：2010一ll一仍 作者简介：王阳(198l一)．男，博士，主要从事直升机气动噪声