航空发动机气动声学PDF电子书下载

第1章 引论 1

1．1 飞机噪声问题 1

1．1．1 涡轮喷气发动机的出现开辟了人类航空运输的新纪元 1

1．1．2 喷气式民用航空运输带来了航空噪声的新问题 3

1．2 航空发动机噪声 6

1．3 飞机噪声评价参数 8

1．3．1 噪声的物理度量 8

1．3．2 频谱和频带 9

1．3．3 噪声的主观度量 10

参考文献 17

第2章 声学基本概念和基本方程 19

2．1 流体动力学基本方程 19

2．1．1 守恒律和本构方程 19

2．1．2 理想流体动力学基本方程表达形式 22

2．2 声学基本方程 24

2．2．1 流动过程物理量级分析 24

2．2．2 波动方程 27

2．3 声波方程的解 33

2．3．1 稳态介质中的简单波 33

2．3．2 运动介质中的波 35

2．4 声源分析 41

2．4．1 反问题和声源的唯一性问题 41

2．4．2 质量和动量入射 42

2．5 运动声源问题 42

2．5．1 方程的解 43

2．5．2 解的说明 44

2．5．3 压力场的说明 46

2．5．4 简单的谐波声源 47

2．5．5 多声源的分析 48

参考文献 49

第3章 气动声学理论 50

3．1 气动声学理论的产生及发展 50

3．2 Lighthill声类比理论 52

3．2．1 Lighthill方程推导 52

3．2．2 对流形式的Lighthill方程 54

3．2．3 基本气动噪声源 55

3．2．4 Lighthill方程声源项分析 57

3．2．5 Howe对流波动方程 58

3．3 Lighthill方程的解 60

3．3．1 Kirchhoff积分 60

3．3．2 Curle对气动声学方程的积分解 61

3．3．3 对流Lighthill方程的解 62

3．3．4 远场近似 63

3．4 时间平均解 64

3．4．1 自相关函数 65

3．4．2 功率谱密度 67

3．5 静止固体边界对气动声源声辐射的影响 69

3．5．1 引论 69

3．5．2 无限平板表面边界层噪声分析 70

3．5．3 具有边缘平板的气动噪声分析 74

3．6 运动固体边界对气动声源声辐射的影响——FW-H方程 78

3．6．1 空间坐标系 78

3．6．2 运动坐标系 80

参考文献 81

第4章 发动机喷流噪声 85

4．1 引论 85

4．2 喷流噪声声功率分析 87

4．2．1 Lighihill方程对湍流流场的应用 87

4．2．2 运动速度对声强的影响 88

4．2．3 量纲分析 89

4．2．4 喷流结构及喷流噪声公式 90

4．3 喷流噪声远场声压时间平均解 91

4．3．1 功率谱密度 92

4．3．2 圆形射流的螺旋模态 92

4．3．3 喷流噪声的指向性 94

4．3．4 喷流气动声源的波动模型与旋涡模型 95

4．4 喷流噪声比例律关系 97

4．4．1 喷流流场比例律关系 97

4．4．2 喷流噪声声压比例律关系 99

4．5 超声速喷流噪声 101

4．5．1 马赫波辐射 101

4．5．2 宽频激波噪声 103

4．5．3 宽频激波噪声频率 104

4．5．4 宽频激波噪声频谱峰值宽度 106

4．5．5 宽频激波噪声的飞行效应 106

4．5．6 超声速喷流的尖叫声 107

4．6 喷流噪声的预测 108

4．6．1 静止状态喷流混合噪声预测 108

4．6．2 飞行状态喷流混合噪声预测 108

4．6．3 宽频激波噪声 108

4．6．4 空中飞行和风洞实验结果的关系 109

4．7 喷流噪声抑制 109

4．7．1 大涵道比涡扇发动机的使用 109

4．7．2 波瓣形喷管降噪 110

4．7．3 新型波纹形喷管降噪 111

4．7．4 气流屏蔽和几何偏置喷管 112

4．8 本章小结 113

参考文献 113

第5章 发动机管道声学理论分析 117

5．1 引论 117

5．2 流动管道的波动方程 117

5．3 无流动矩形硬壁管道中的声传播 118

5．3．1 齐次波动方程的一般求解 118

5．3．2 刚体管道壁面边界条件 120

5．3．3 管道端口处的边界条件 122

5．3．4 声源处的边界条件 123

5．4 无流动圆柱或环形硬壁管道中的声传播 124

5．5 具有均匀流动的矩形管道内的声传播 127

5．6 本章小结 128

参考文献 129

第6章 叶轮机噪声产生和传播的物理机制 131

6．1 引论 131

6．2 叶轮机流动噪声源和噪声传播的物理过程分析 132

6．2．1 叶轮机流动噪声的产生和传播过程 132

6．2．2 叶轮机流动噪声源 133

6．3 叶轮机定常和非定常气动力产生的单音噪声 134

6．3．1 转子叶片厚度噪声及定常叶片力噪声 134

6．3．2 非定常叶片气动力噪声 135

6．3．3 非定常叶片气动力旋转模态分析 137

6．3．4 超声速转子激波噪声 139

6．4 叶轮机随机非定常流动产生的宽频噪声 141

6．4．1 宽频随机噪声的理论分析 141

6．4．2 叶轮机不同随机噪声的分析比较 142

6．5 叶轮机管道声模态的产生 147

6．5．1 单转子产生的模态 147

6．5．2 非传播模态的衰减 148

6．5．3 转静干涉产生的模态 149

6．5．4 对转风扇转子干涉产生的模态分析 151

6．6 叶轮机管道声模态的传播和辐射 152

6．6．1 叶片排中声波的传播 152

6．6．2 管道中声波的传播及辐射 154

6．7 结束语 157

参考文献 158

第7章 叶轮机噪声预测模型与控制方法 162

7．1 引论 162

7．1．1 航空发动机声学设计和降噪设计 162

7．1．2 叶轮机噪声分析模型概述 162

7．2 叶轮机噪声的经验关联分析 163

7．2．1 叶轮机噪声特征及经验关联关系 163

7．2．2 声源声功率计算 166

7．2．3 指向性函数 166

7．2．4 频谱函数 167

7．3 叶轮机管道声学模型 168

7．3．1 基本方程 168

7．3．2 风扇／压气机单音噪声计算 171

7．3．3 叶轮机单音噪声传播特性分析 173

7．3．4 叶轮机辐射声功率计算 173

7．4基于线化非定常流理论的叶轮机噪声计算方法 174

7．4．1 概述 174

7．4．2 准三维叶轮机噪声模型 175

7．4．3 准三维管道叶栅模型的实验考核 181

7．5 基于CFD技术的叶轮机噪声计算方法 183

7．5．1 概述 183

7．5．2 压力模态匹配方法 184

7．5．3 声传播计算对网格的要求 185

7．5．4 计算实例 187

7．6 叶轮机噪声控制方法 189

7．6．1 选用合适的动静叶数目降低叶轮机噪声 189

7．6．2 增加转子、静子之间的距离 190

7．6．3 改变转静干涉的相位分布 191

7．6．4 叶片设计 195

7．6．5 叶轮机叶尖间隙噪声的减小方法 200

7．6．6 结论 202

7．7结束语 202

参考文献 203

第8章 发动机燃烧与核心噪声 208

8．1 引论 208

8．2 燃烧室几何和工作状态变化对噪声的影响 210

8．2．1 燃烧室几何变化对噪声的影响 210

8．2．2 燃烧室工作状态变化对噪声的影响 210

8．3 燃烧噪声特征和燃烧噪声源分析 212

8．3．1 燃烧噪声和核心噪声的特征 212

8．3．2 燃烧噪声源 214

8．4 燃烧噪声理论分析 216

8．4．1 燃烧噪声理论的发展情况 216

8．4．2 燃烧噪声理论及与实验的比较 217

8．4．3 燃烧噪声预测方法 219

8．5 燃烧噪声诊断技术 222

8．5．1 燃烧噪声测量技术 222

8．5．2 数据分析 225

8．5．3 应用实例 226

8．6 燃烧噪声控制 229

参考文献 229

第9章 航空发动机气动噪声实验测试技术 232

9．1 引论 232

9．2 航空发动机气动声学实验环境和测试方法 233

9．2．1 自由声场与消声室 233

9．2．2 发动机声学实验的进气整流罩 236

9．2．3 测量传声器及安装方式 240

9．3 噪声源声功率测量技术 243

9．3．1 自由场测量方法 244

9．3．2 混响室测量方法 247

9．3．3 管道内测量方法 247

9．4 发动机管道声模态识别测量技术 249

9．4．1 管道声模态测量的目的 249

9．4．2 模态测量试验的必要性 249

9．4．3 周向模态测量的方法 250

9．5 基于传声器阵列的发动机噪声源识别测量技术 252

9．5．1 气动噪声源识别的重要性及发展 252

9．5．2 传声器阵列声源识别技术的基本原理 254

9．5．3 传声器阵列测量数据的处理 255

9．5．4 传声器阵列的“波束模式” 258

9．6 基于传声器阵列的发动机噪声源识别测量实例 260

9．6．1 基于线性传声器阵列的发动机噪声识别实验 260

9．6．2 发动机噪声源识别测量结果分析 262

参考文献 265