学术前沿 | 微管多孔后缘噪声产生机理

本文对强制过渡的NACA 0012翼型在微管多孔TE和固体参考TE两种情况下的噪声产生及其与周围流动动力学的关联进行了研究。在攻角α=5°和来流速度U∞=50 m/s的条件下，对参考（Ref）和多孔（P）翼型进行了大涡模拟，以匹配UNSW无回声风洞中进行的声学测量的流场条件。FWH声学分析法预测的远场噪声水平与实验数据相当吻合，在2至8 kHz频率范围内的预测误差小于5 dB。FWH预测准确地捕捉到了多孔TE的噪声降低（1.8至6 kHz频率范围）和增加（7.8至11 kHz频率范围）的频率区域。预测的噪声指向性图案显示，在1.6、2和4 kHz频率下，多孔TE降低了TE噪声的强度，但没有显著改变其辐射图案。在更高频率（f≥8 kHz）下，多孔TE的噪声指向性发生了明显的变化。由于存在与多孔几何结构相关的附加偶极声源，沿垂直于机翼弦长的方向观察到更高的噪声水平。
就流动动力学而言，微管多孔TE的一个显著特征是存在高旋涡湍流，从压力面通过微管几何结构流向吸力面。因此，TE湍流边界层的雷诺正应力的幅度增大，尤其是在微管壁与吸力面的交界处附近。如果不考虑湍流对声波的传导、折射和散射效应，则与雷诺正应力和剪切应力相关的声源项在多孔TE的压力侧边界层中明显减小。垂直速度和表面压力的时空相关性结果证实，应用于金属泡沫TE的压力释放过程同样发生在微管TE周围的流动场中，这归因于“交叉喷射式”的流体渗透通过微管几何结构。SPOD分析揭示，在降噪频率下，靠近TE的微管附近的湍流流动结构在空间和时间上具有相关性。因此，压力和吸力表面上的表面压力波动变得更加同步，从而在TE处的压力失配较轻，从而降低了散射波的振幅。