起落架氣動噪聲文獻閱讀

1起落架噪聲國內(nèi)外研究現(xiàn)狀過去的幾十年國內(nèi)外氣動噪聲領(lǐng)域的成果表明，大型飛機的機體噪聲源包括增升裝置前緣縫翼、增升裝置后緣襟翼、增升裝麗導(dǎo)軌和起落架，對于窄體飛機和支線飛機，增升裝程的噪聲強度幾乎與起落架噪聲相當［1］,被認為是現(xiàn)代大型飛機最重要的一類機體噪聲。對起落架進行氣動聲學(xué)研究最常用的方法還是風洞試驗。1.1起落架噪聲產(chǎn)生機理20世紀70年代以來，隨著時間的推進，起落架噪聲研究的工作進一步受到重視，美國國家航空宇航局（NASA）、法國航空空間研究局（ONERA）、徳國宇航研究院（DLR）、日本宇宙航空研究局（JAXA）以及各大航空工業(yè)公司（如波音公司、空中客車公司等）都開始進行飛機起落架的噪聲研究。大多數(shù)研究集中在風洞試驗研究、數(shù)值模擬研究及半經(jīng)驗公式預(yù)測模型的研究，也要少量學(xué)者通過飛行試驗對起落架噪聲進行了研究。起落架噪聲主要為寬頻噪聲，其產(chǎn)生機理包括兩大類：一類是鈍體分離噪聲，即氣流流過起落架鈍體部分發(fā)生流動分離、再附著等流動現(xiàn)象而輻射的噪聲；另一類是上下游部件之間的干擾噪聲，即上游部件的非立常湍流尾跡作用于下游部件而產(chǎn)生的噪聲。這兩類噪聲源的位程和遠場噪聲特性與起落架構(gòu)型密切相關(guān)。Doobrzynski等人［2］在DNW-LLF風洞中對全尺寸A320和A340的前起落架這主起落架進行了試驗研究，結(jié)果表明起落架輻射的總聲壓級與起落架的支柱尺寸、輪胎直徑和支柱數(shù)目等參數(shù)密切相關(guān)，會隨著支柱尺寸和數(shù)目的增加而增大。Guo等人［3］在LSAF氣動噪聲風洞中對全尺寸B737飛機的主起落架輻射噪聲進行測雖:,發(fā)現(xiàn)起落架低頻、中頻和髙頻的噪聲源分別為起落架輪胎、主支柱和細小部件。Lozos等人［4］測量了四輪起落架的時均流場，并指出前后兩輪之間存在一個非立常的漩渦，這被認為是四輪起落架主要的噪聲源。Stoker［5］.Home［6J.Revetta［7］.Rmgshia⑻等人分別對B777六輪小車式主起落架的縮比模型進行了試驗研究，從他們的結(jié)果中，能夠總結(jié)出一些非常重要的噪聲特點，一是起落架輪胎數(shù)量不僅會改變低頻噪聲的大小，也會影響髙頻噪聲的大小，另一個就是真實起落架垂直小尺寸細小零部件，會產(chǎn)生額外的高頻噪聲，此外起落架安裝效應(yīng)會導(dǎo)致真實起落架與風洞試驗中起落架產(chǎn)生的噪聲存在差異。除了試驗研究外，CFD和FW-H方程相結(jié)合的混合方法、CAA計算氣動聲學(xué)等數(shù)值方法逐漸成為起落架等飛機部件氣動噪聲的另一類主要方法。Xiao等人［9］用DDES方法模擬四輪起落架的流場，結(jié)果顯示從前輪脫落很強的漩渦周期性地撞擊后輪，同時漩渦也會與前輪的后側(cè)有周期性地相互作用，這些流動現(xiàn)象可以產(chǎn)生很強的輻射噪聲。Drag亡［10］等人對簡化的B747前起落架進行了數(shù)值模擬和FW-H方程遠場噪聲計算，發(fā)現(xiàn)對起落架的幾何形狀進行很小的改動，可能會導(dǎo)致輻射噪聲場有很大的差別。Souliez等人［11］采用CFD和FW-H方程相結(jié)合的混合方法計算稍復(fù)雜四輪起落架的遠場噪聲，除了研究固體表而積分的情況同時研究包國起落架模型空間虛擬表而積分的情況，結(jié)果表明兩種不同積分面計算得到的遠場噪聲存在一沱的差異，認為是需要包含空間四極子噪聲源，還發(fā)現(xiàn)主支柱桿的噪聲在前起落架前方和后方聲壓級更大。概況地說，起落架寬頻噪聲主要來自輪胎、支柱、連接桿等部件，不同頻域的噪聲源與起落架部件的尺寸密切相關(guān)，大尺寸部件主要輜射低頻噪聲，小尺寸部件主要輻射中高頻噪聲。除上述體積的寬頻噪聲外，起落架上存在的某些空腔結(jié)構(gòu)也會由于空腔的聲學(xué)激振現(xiàn)象產(chǎn)生很強烈的離散噪聲。

Dobrzynski等人［13］對全尺寸A320起落架模型進行風洞試驗，發(fā)現(xiàn)起落架上的某些小孔結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生很強的離散噪聲，某些起落架輪胎的內(nèi)外側(cè)可能存在空腔結(jié)構(gòu)，也會輻射離散噪聲。在法國CEPRA19風洞中對40%縮比的簡化A320前起落架模型進行遠場聲學(xué)測量后發(fā)現(xiàn)，在側(cè)邊某些方位能捕捉到多個中頻離散噪聲［14］。Caselmo等人［1習(xí)通過格子玻爾茲曼模擬方法指出這些中髙頻離散噪聲產(chǎn)生于輪胎內(nèi)側(cè)空腔區(qū)域，并引入圓形空腔的聲振共振的概念，揭示其產(chǎn)生機理是圓腔深度模態(tài)和環(huán)向模態(tài)的聲激振共同作用的結(jié)果。Zhang等人［16］在NTF(NationalTraiisomcFacility)風洞中對33%縮比的起落架輪胎單獨進行了聲學(xué)測量，并發(fā)現(xiàn)遠場某些方位能出現(xiàn)兩個離散噪聲，并指出該離散噪聲產(chǎn)生于輪胎外側(cè)輪轂處的空腔激振現(xiàn)象。復(fù)雜的起落架外形和結(jié)構(gòu)造成了起落架噪聲產(chǎn)生的復(fù)雜性，其遠場噪聲既有寬頻噪聲,又有某些空腔部件產(chǎn)生的離散噪聲。1.2起落架降噪方法起落架的降噪方法主要包括兩類，一類是抑制鈍體部件的分離噪聲，另一類則是降低前后部件的相互干擾噪聲。關(guān)于降噪方面的工作，國內(nèi)外均是從被動控制降噪開始研究。目前對起落架模型進行降噪處理的最主要手段是，在關(guān)鍵的聲源位置加裝合適的整流罩，利用這些整流罩部件來保護主要的噪聲源免受上游來流的影響。波音公司資助的QTDH(QuietTechnologyDemonstratorII)項目［17-18］對比縮比為26%高保真B777主起落架模型進行了試驗研究，分別監(jiān)測用于起落架主支柱、起落架小車、艙門等多個部件的整流罩，發(fā)現(xiàn)當使用雪橇式的整流罩(如圖1.1)能夠在整個頻域范偉I內(nèi)降低噪聲2?8dB。Figure9.a)Baselinegear,b)lowertruckrairinj： andc)hiirin^installedFigure9.a)Baselinegear,b)lowertruckrairinj： andc)hiirin^installed?圖1.1雪橇式整流罩此外，歐盟資助的RAIN(ReductionofAirframeandInstallationNoise)［19］、TIMPAN(TeclmologiestoImproveAircraftNoise)［20-21］等項目對多種類型的起落架進行了降噪研究。但是主要的降噪方法仍舊是各種各樣的整流罩，只不過設(shè)巻更為巧妙，而且重新布置了各個部件的排列順序，比如將牽引桿旋轉(zhuǎn)至起落架支柱的后方，將大部件布置在小部件前方，使其自然產(chǎn)生整流的效果，也可以降低噪聲輻射。尤其是在TB1PAN項目中，當使用最有效的降噪構(gòu)型時，A340主起落架有效感知聲壓級噪聲能降低7dB且不增加額外的重量。除了傳統(tǒng)的剛性材質(zhì)整流罩外，某些多孔材質(zhì)或柔性材質(zhì)［］也被應(yīng)用于起落架整流罩中以進一步改進英降噪效果。McCarthy和Ekniekci［22］通過PIV技術(shù)測疑了一個類似的二輪起落架輪胎的內(nèi)部流動,發(fā)現(xiàn)空腔存在會導(dǎo)致很強的切向流體噴射到尾跡中的現(xiàn)象，大幅地減弱空腔內(nèi)流動，應(yīng)該能顯著降低遠場純音和寬頻噪聲。對于輪胎內(nèi)側(cè)全填充方法的降噪效果，無論是在起落架側(cè)邊方向還是在過頂方向，中高頻寬頻噪聲能被大幅降低達27dB,且側(cè)邊的三個純音也能被完全一致?？偟膩碚f，在側(cè)邊和過頂方向總升級降低效果能夠分別達到2.7dB和2.5dB.但是輪胎空腔用于安裝起落架剎車片等結(jié)構(gòu)的，需要保證通風以滿足冷卻的功能，因此全填充并不具有實際應(yīng)用前景的技術(shù)。但是如果將輪胎部分填充，卻能取得同樣岀色的降噪能力。當輪胎僅有前片側(cè)邊和過頂方向能分別達到2.0dB和1.9dB,而且不會妨礙起落架的基本動能，因此具有工業(yè)應(yīng)用的潛力。除整流罩技術(shù)以外，其他的主動、被動噪聲控制技術(shù)目前主要應(yīng)用在起落架部件上，如起落架支柱、起落架艙等。由于遠場噪聲強度通常與當?shù)厮俣鹊?次方或更高次方成正比,因此采用減速板等物體降低起落架部件的局部速度也能顯著降低起落架輻射的遠場噪聲。Spiten等人［23］在上游整流罩和下游圓柱部件之間添加了一塊擾流板，發(fā)現(xiàn)擾流板能夠阻礙上下兩個剪切層的相互作用，從而降低整流罩誘導(dǎo)的低頻噪聲。Huang等人［24］將等離子體激勵器放在起落架的側(cè)邊以降低上游支柱尾跡的強度，從而降低了起落架支柱之間的相互干擾噪聲。Angland［25］等人運用主動吹氣技術(shù)來抑制工字梁與圓柱間相互作用的噪聲。11]Dobrzyiiski,Wemer.Almost40YearsofAirframeNoiseResearch:WliatDidWeAchieve?[J].JournalofAircraft2010,47⑵353-367.DobrzyiiskiW,ChowL.GuionP.etal.ResearchintoLandingGearAirframeNoiseReduction[C]//Aiaa/ceasAeroacoiisticsConference.2002.GuoY?YamamotoKJ,StokerRW.ExperimentalStudyonAircraftLandingGearNoisefJ].JournalofAircraft,2006.43(2):306-317.Lazos,BarryS.MeanFlowFeaturesAroiuidtheIiiluieWheelsofFour-WheelLandingGear[J].AIAAJouniaL2002,40(2):193-198.StokerR.SenR.Anexperimentalinvestigationofairframenoiseusmgamodel-scaleBoemg777[C]//AerospaceSciencesMeeting&Exliibit.2001.Home.FlowSurveyoftheWakeofaConuneicialTransportMainLandingGear[J].AiaaJouniaL2002.Ra^ettaPA,BurdissoRA,NgWF.WindTuimelAeroacoiisticMeasurementsofa26%-scale777MainLandingGear[C]//10thAIAACEASAeroacousticsConferenceandExhibit,May2004,Manchester.UnitedKingdom.2004.|8]RmgshiaA,RavettaP,NgW,etal.AerodynamicMeasurementsofthe777MainLandingGearModel[C]//12thAIAACEASAeroacoiisticsConference(27thAIAAAeroacousticsConference).2006.[9]XiaoZ,JianL,LuoK,etal.InvestigationofFlowsAroundaRudimentaryLandingGearwithAdvancedDetached-Eddy-SimulationApproaches[J].AiaaJournal.2013,51(1):107-125.110]DrageP,WieslerB,BeekPVetal.Predictionofnoiseradiationfrombasicconfigurationsoflandinggearsbymeansofcomputationalaeroacoustics[J].AerospaceScience&Teclmology,2007,11(6):451-458.|11]Souliez.LandingGearAerodynamicNoisePredictionUsingUnstructuredGrids[J].InternationalJournalofAeroacoiistics,2002,1(2):115?135.112]FeiL,KhorramiMR,MalikMR.UnsteadySimulationofaLanding-GearFlowField[J].NasaSti/reconTechnicalReportN,2002,3.[13]DobrzyiiskiW.AEuropeanStudyonLandingGearAir&ameNoiseSources[C]//Aiaa/ceasAeroacoiisticsConference.DLR、2000.114]ManohaE,JeanBulte.CaruelleB.Lagoon:AnExperimentalDatabasefortheValidationofCFD/CAAMethodsforLandingGearNoisePrediction[C]//14tliAIAA/CEASAeroacousticsConference(29thAIAAAeroacousticsConference).2008.|15]CasalinoD,RibeiroAFP,FaresE.Facingrimcavitiesfluctuationmodes[J].JournalofSound&Vibration,2014,333(13):2812-2830.116]MaZ,ZhangX,SmithM,etal.AerodynamicandAcousticMeasurementsofaSingleLandingGearWheelfC]//Aiaa/ceasAeroacoiisticsConference.2013.|17]Ra^-ettaP.BurdissoR、NgW,etal.ScreeningofPotentialNoiseControlDevicesatVirginiaTechforQTDIIFlightTest[C]//Aiaa/ceasAeroacousticsConference.2007.AbeysingheA.WhitmireJ,NesthnsD,etal.QTD2(QuietTechnologyDemonstrator2)MamLandingGearNoiseReductionFairuigDesignandAnalysis[C]//Aiaa/ceasAeroacoiisticsConference.2007.ChowLC,MauK,RemyH.LandingGearsandHighLiftDevicesAir&ameNoiseResearch[C]//Aiaa/ceasAeroacousticsConference&Exliibit.2013.DobrzyiiskiW,ChowL,SmithM,etal.Experimentalassessmentoflownoiselandinggearcomponentdesign[JJ.InternationalJournalofAeroacoustics,2010,9(6):763-786.LiY,SmithM,ZhangX.Measurementandcontrolo