一种采用鼓包式凸起的空腔噪声抑制方法与流程

1.本发明涉及计算流体动力学中的空腔噪声控制领域，具体涉及一种空腔结构的噪声抑制方法及噪声抑制结构。

背景技术：

2.空腔结构，广泛地应用于建筑、航空航天、汽车等领域。流动流经空腔会产生共鸣噪声、众多的流动/声学不稳定性及复杂的波相互作用。为了抑制空腔结构带来的噪声问题，目前常见的解决方案有：上游安装扰流器、漩涡发生器、子腔等被动方式，或者利用振荡板、压电设备、质量射流、共振管等主动方式。这些方法可以一定程度上对空腔噪声进行抑制，但是都存在各自的不足：现有被动控制方式，通常在空腔前缘上游安装，或直接改变下游空腔的壁面倾角。在上游安装的控制方式均只考虑了噪声抑制，而未考虑对流场改变明显带来的气动特性的下降；下游空腔壁面改变形状限制了空腔结构的使用范围，比如公开专利cn111470028a。
3.现有主动控制方式，或者工程实现的难度较大，或者控制效果仅在特定的条件内表现较好，目前没有得到工程实际认可的良好主动控制方式，比如公开专利cn111564149a。

技术实现要素：

4.本发明的目的是设计一种噪声抑制方法，采用鼓包式凸起，抬高流动剪切层，有效降低空腔噪声。
5.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种采用鼓包式凸起的空腔噪声抑制方法，在空腔结构上迎着来流方向，物理抬高空腔前缘处的流动剪切层。
6.在上述技术方案中，所述物理抬高为设置在前缘上游处的凸起结构。
7.在上述技术方案中，所述凸起结构为鼓包式凸起。
8.在上述技术方案中，所述凸起结构的表面与上游平面之间光滑连续。
9.在上述技术方案中，所述凸起结构位于空腔前缘上游一定距离，其值约为5～7倍来流附面层高度。
10.在上述技术方案中，所述凸起结构的外形变化至少要达到二阶连续。
11.在上述技术方案中，物理抬高的高度根据来流速度附面层确定，其高度为附面层高度的0.5～1.0。
12.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明采用鼓包式凸起，具备良好的降噪效果。前置式鼓包凸起能够有效抬高流动剪切层，因而可以对空腔噪声的反馈回路进行有效影响，能达到良好的降噪效果；本发明采用鼓包式凸起，能有效减小对气动特性带来的影响。鼓包式凸起能够与空腔结构的上游表面光滑连续过渡，能够降低传统方式不连续过渡带来的气动特性急剧下降；
本发明采用鼓包式凸起，能够灵活实现被动控制方式向主动方式的转变，拓展了使用条件的限制。鼓包式凸起，结合结合柔性蒙皮技术及变形机构，即能由被动控制转变为主动控制。因此可以拓展其使用范围，避免了传统方式主动方式与被动方式不能有效结合的不足。
附图说明
13.本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1是鼓包式凸起空腔噪声抑制方式截面示意图；图2 二维鼓包几何外形参数示意图；图3空腔前缘安装鼓包示意图；图4 空腔前缘安装鼓包示意图；其中：1是凸起结构，2是前缘，3是后缘。
具体实施方式
14.本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
15.本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
16.如图1 所示，是本实施的结构示意图，其中空腔结构包括一个一面开口的腔体、前缘2和后缘3，在实际工作中，空腔噪声源于空腔前缘的剪切层内的涡脱落与其撞击在空腔后缘产生的前传压力扰动的耦合。
17.本实施例采用的方式是沿着空气来流方向在前缘2的上游设置鼓包式的凸起结构1，从而抬高流动的剪切层，避免涡脱落与后缘进行撞击，从而起到良好的降低空腔噪声的效果。
18.在本实施例中，鼓包式凸起位于空腔前缘上游一定距离（其值约为5～7倍来流附面层高度），对于鼓包式的凸起结构1需要进行外形的限定，从而满足该凸起结构1减小对气动特性的影响。因此凸起结构1采用与上游表面进行外形上的光滑连续，从而克服其余抑制措施由于外形不连续带来气动特性急剧下降的不足。
19.在本实施例中，鼓包式凸起外形变化至少要达到二阶几何连续（即曲率连续变化）。
20.在本实施例中，鼓包高度根据来流速度附面层确定，其高度为附面层高度的0.5～1.5。
21.具体实例1）设计一个空腔结构，空腔位于一个x向长1.8288 m，y向宽0.4318m的试验台内，空腔前缘距离试验台前缘为0.7874 m。空腔长度为l=0.508 m，深度为d=0.1016 m，宽度为w=0.1016 m。在来流马赫数为ma=0.85的流动下，空腔产生强烈的空腔噪声。
22.2）针对此类情况，可以通过简单模拟计算（直接模拟当前来流下的平板流动，得到距离平板前缘0.7874 m处的附面层高度），得到在空腔前缘产生的附面层高度约为10 mm。
23.3）基于空腔前缘的附面层高度进行鼓包设计。对于一般的二维鼓包，如图2所示，鼓包的主要参数包括：高度、长度、不对称度。图中lb为鼓包的长度，hb为鼓包的高度，x0为鼓包的起始位置，xb为鼓包曲线上任意一点的x坐标，xc为鼓包顶点的x坐标，定义x=(x
b-x0)/lb表示鼓包上任一点在鼓包内的相对位置，x∈[0,1]。
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4）高度选择为附面层高度的0.5～1.5倍，这里选择10 mm高度；长度选择为1.0～5.0倍鼓包高度，这里选择30 mm长度；不对称度在0.3～0.7范围内，这里选择0.5（即为对称鼓包）。在三维的流动中，还存在鼓包展向的长度及展向上鼓包高度变化，这里选择鼓包展向长度大于空腔宽度，为鼓包宽度1.2倍，即为121.92 mm宽度，且进行光滑过渡。如此，设计后的鼓包安装在空腔前缘的示意图如图3所示。
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5）通过数值模拟，此种方法可以有效降低空腔底部的流动噪声。图4给出有/无空腔前缘鼓包措施的空腔底部总声压级曲线，图中可知添加鼓包措施后，总声压级降低约3 db。
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本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

技术特征：

1.一种采用鼓包式凸起的空腔噪声抑制方法，其特征在于：在空腔结构上迎着来流方向，物理抬高空腔前缘处的流动剪切层。2.根据权利要求1所述的一种采用鼓包式凸起的空腔噪声抑制方法，其特征在于：所述物理抬高为设置在前缘上游处的凸起结构。3.根据权利要求2所述的一种采用鼓包式凸起的空腔噪声抑制方法，其特征在于：所述凸起结构为鼓包式凸起。4.根据权利要求2或3所述的一种采用鼓包式凸起的空腔噪声抑制方法，其特征在于：所述凸起结构的表面与上游平面之间光滑连续。5.根据权利要求2或3所述的一种采用鼓包式凸起的空腔噪声抑制方法，其特征在于：所述凸起结构位于空腔前缘上游一段距离，其值为5～7倍来流附面层高度。6.根据权利要求2或3所述的一种采用鼓包式凸起的空腔噪声抑制方法，其特征在于：所述凸起结构的外形变化至少要达到二阶连续。7.根据权利要求1所述的一种采用鼓包式凸起的空腔噪声抑制方法，其特征在于：物理抬高的高度根据来流速度附面层确定，其高度为附面层高度的0.5～1.5。

技术总结

本发明公开了一种采用鼓包式凸起的空腔噪声抑制方法，在空腔结构上迎着来流方向，物理抬高空腔前缘处的流动剪切层；本发明通过使用鼓包式凸起，抬高流动剪切层，有效降低空腔噪声；通过使用鼓包式凸起，外形光滑连续，降低对气动特性的影响；通过使用鼓包式凸起，外形简单，结合柔性蒙皮技术及变形机构，可以直接实现被动控制方式向主动控制方式的转变。实现被动控制方式向主动控制方式的转变。实现被动控制方式向主动控制方式的转变。