一种风洞压缩机噪声控制方法与流程

本发明涉及风洞试验领域，具体地，涉及一种风洞压缩机噪声控制方法。

背景技术：

1、随着风洞试验精细化水平的不断提升，风洞的噪声水平逐渐成为评价风洞综合性能的一个重要指标，过高的噪声对于风洞试验有着诸多不利的影响，例如：激起有害的抖振响应；缩短材料的疲劳寿命；造成结构破坏；延长精确采集信号所需要的平均时间等。特别是噪声可能对非定常试验、边界层转捩试验等产生非常不利的影响。风洞的轴流压缩机是风洞的主要噪声源之一，是需要重点关注的对象。

2、压缩机气动噪声辐射是一个复杂的流体力学和声学领域的技术问题，压缩机内部气流流动过程中存在多种非定常扰动，从而产生了多种类型的气动噪声源，压缩机噪声在通过气流管道传播过程中，由于管道结构的限制，声波以模态波的形式向外传播。

3、由于压缩机是一种典型的周期性旋转的流体机械，气流在旋转的转子和静子叶片排之间流动时，会产生强烈的周期性单音噪声。转子和静子之间的相互干涉在叶片上产生周期性变化的非定常气动力是压缩机单音噪声产生的主要原因。

4、由管道声学基本理论可知，对于包含平均流动速度和温度梯度的气流管道中的声传播，其控制方程是一个奇次波动方程，而由于管道壁面边界条件的影响，只有一部分特定类型的声波才能沿着管道传播，在管道声学理论中将这种特定类型的声波结构称为模态。管道声模态是由管道具体几何形状、尺寸以及管道内的流场特性决定的。

5、现在风洞中使用压缩的噪声的控制方法主要是以被动吸收为主，例如设置各种消声器，使用吸声材料和声学结构等。这些方法的局限性是需要设置专门的降噪段，为风洞回流道设置增加了很多的不便，而且吸声材料和结构在长期使用中有泄漏和脱落的风险，为风洞的长期运行留下隐患。

技术实现思路

1、为解决现有风洞压缩机噪声控制方法的局限性和降低对风洞运行造成的隐患，本发明提供了一种风洞压缩机噪声控制方法，所述方法包括：

2、步骤1：针对风洞压缩机管道内声场的模态波，计算获得模态波连通状态对应的临界频率 f c；

3、步骤2：计算获得风洞压缩机的敏感频率；

4、步骤3：基于临界频率 f c确定噪声频段选取范围，基于噪声频段选取范围选取相应的噪声频段，基于选取的噪声频段获得风洞压缩机的最大传播模态阶数 a max；

5、步骤4：根据风洞压缩机的压升和功率需求确定风洞压缩机的转子叶片数；

6、步骤5：构建风洞压缩机转子叶片数与风洞压缩机静子叶片数之间的约束条件，基于该约束条件使得风洞压缩机管道内声场中对应单音噪声的模态波处于截止状态；

7、步骤6：基于步骤4确定的风洞压缩机的转子叶片数和所述约束条件，计算获得压缩机的静子叶片数。

8、本发明通过对风洞压缩机管道内声场进行研究，对于风洞压缩机而言，其主要噪声源来自于转子与静子干涉的离散单音噪声。由于叶轮机转子、静子特殊的设计方式，使得转子和静子叶片数是按照变化的方式排列，从而造成转子和静子干涉产生的管道非定常压力扰动出现在特定阶次声模态波之中。通过本方法可以计算得到风洞压缩机静子叶片数取值范围，据此设计风洞压缩机即可以有效控制转静干涉单音噪声的辐射强度，并进而降低整个风洞回路的背景噪声，避免了采用传统的方法设置各种消声器，使用吸声材料和声学结构等，解决现有风洞压缩机噪声控制方法的局限性和降低对风洞运行造成的隐患，不会干扰风洞回流道设置及风洞的正常运行。

9、优选的，临界频率 f c的计算方式为：

10、；

11、其中， ma为风洞压缩机来流马赫数； r为当地的管道半径， c 0为声速。

12、优选的，风洞压缩机的敏感频率的计算方式为：

13、；

14、其中， f为风洞压缩机的敏感频率， n为风洞压缩机的转速， r 0为风洞压缩机的转子叶片数， i=1,2,...， i为对应的阶数。

15、优选的，所述约束条件为：

16、；

17、其中，s为风洞压缩机的静子叶片数， r 0为风洞压缩机的转子叶片数， k为与声波频率有关的特征常数， b为谐波阶次。

18、优选的，风洞压缩机圆形或者环形管道内的声场模态关系按下面公式计算得到：

19、；

20、其中， a是模态数； b是谐波阶次；s为风洞压缩机静子叶片数， r 0为风洞压缩机的转子叶片数。

21、本发明提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

22、本方法解决了现有风洞压缩机噪声控制方法的局限性和降低对风洞运行造成隐患的技术问题，不会干扰风洞回流道设置及风洞的正常运行。

技术特征：

1.一种风洞压缩机噪声控制方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的一种风洞压缩机噪声控制方法，其特征在于，临界频率fc的计算方式为：

3.根据权利要求1所述的一种风洞压缩机噪声控制方法，其特征在于，风洞压缩机的敏感频率的计算方式为：

4.根据权利要求1所述的一种风洞压缩机噪声控制方法，其特征在于，所述约束条件为：

5.根据权利要求1所述的一种风洞压缩机噪声控制方法，其特征在于，风洞压缩机圆形或者环形管道内的声场模态关系按下面公式计算得到：

技术总结本发明公开了一种风洞压缩机噪声控制方法，涉及风洞试验领域，包括：针对风洞压缩机管道内声场的模态波，计算获得模态波连通状态对应的临界频率；计算获得风洞压缩机的敏感频率；基于临界频率确定噪声频段选取范围，基于选取范围选取相应的噪声频段，基于噪声频段获得风洞压缩机的最大传播模态阶数；确定风洞压缩机的转子叶片数；构建风洞压缩机转子叶片数与风洞压缩机静子叶片数之间的约束条件，基于该约束条件使得风洞压缩机管道内声场中对应单音噪声的模态波处于截止状态；风洞压缩机的转子叶片数和约束条件，计算获得压缩机的静子叶片数，本发明解决了现有风洞压缩机噪声控制方法的局限性和降低对风洞运行造成隐患的技术问题。技术研发人员：吕金磊,陈吉明,温乾,裴海涛,孙运强,刘琴受保护的技术使用者：中国空气动力研究与发展中心设备设计与测试技术研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/29