小尺寸切開式尾緣鋸齒對(duì)翼型氣動(dòng)噪聲的影響

摘要：研究小尺寸切開式尾緣鋸齒對(duì)翼型氣動(dòng)噪聲的影響，并分析齒高與尾緣邊界層厚度之間的關(guān)系對(duì)降噪效果的影響. 以NACA0012翼型為研究對(duì)象，采用混合計(jì)算氣動(dòng)聲學(xué)方法進(jìn)行仿真.在20 m/s風(fēng)速下對(duì)NACA0012翼型進(jìn)行噪聲實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證仿真方法的準(zhǔn)確性. 通過控制齒高和齒寬研究不同形狀尾緣鋸齒分別在0°和10°攻角下對(duì)翼型氣動(dòng)噪聲的影響. 研究結(jié)果表明，尾緣鋸齒的降噪效果與齒高和齒寬均成正比. 0°攻角下最大降噪量為3.3 dB，10°攻角下最大降噪量為2.6 dB. 切開式尾緣鋸齒結(jié)構(gòu)會(huì)增加流向噪聲的高頻分量，尤其在0°攻角下顯著. 相比嵌入式尾緣鋸齒，切開式尾緣鋸齒具有更小的極限降噪齒高.

關(guān)鍵詞：翼型；氣動(dòng)噪聲；降噪；邊界層；尾緣鋸齒

中圖分類號(hào)：U461.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

翼型廣泛運(yùn)用于航空、風(fēng)電等領(lǐng)域，對(duì)翼型進(jìn)行降噪研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義. 現(xiàn)有關(guān)于翼型的降噪研究主要以被動(dòng)控制技術(shù)為主，其中翼型前緣處理［1-2］、尾緣處理［3］、表面微結(jié)構(gòu)［4］以及翼型穿孔［5］等研究占大多數(shù).

自Howe［6］提出尾緣鋸齒降噪理論后，對(duì)翼型尾緣鋸齒的降噪研究眾多.大體分為嵌入式尾緣鋸齒研究和切開式尾緣鋸齒研究［7］. 嵌入式尾緣鋸齒的研究以Gruber［8］的實(shí)驗(yàn)研究最為著名. 以上研究提出了一些重要結(jié)論，其中包括當(dāng)h/δlt;0.25時(shí)（h 為鋸齒長(zhǎng)度的一半，δ 為尾緣邊界層厚度，在原文中由XFoil估計(jì)的邊界層位移厚度乘以固定比值獲得），尾緣鋸齒基本沒有降噪效果，這一結(jié)論對(duì)后續(xù)研究產(chǎn)生了很大的影響，以至于在之后研究中，尾緣鋸齒長(zhǎng)度多使用較大尺寸. 在當(dāng)前的研究中［7］，尾緣鋸齒長(zhǎng)度均要高于0.05C，C 為翼型弦長(zhǎng). Gruber［8］研究中，尾緣鋸齒最小相對(duì)齒高為0.006 7C. Gelot等［9］、汪瑞欣等［10］分別對(duì)切開式尾緣鋸齒茹科夫斯基翼型以及風(fēng)力機(jī)專用翼型DU91-W2-250氣動(dòng)噪聲的影響進(jìn)行研究，相對(duì)鋸齒高度均為0.025C. Gelot等［9］的研究表明，在0°攻角下，0.025C 的尾緣鋸齒可以有效降低翼型氣動(dòng)噪聲，運(yùn)行工況雷諾數(shù)為2.5×105，馬赫數(shù)為0.4；汪瑞欣等［10］的研究表明，在5°攻角下，0.025C 的尾緣鋸齒會(huì)增大翼型周向噪聲，運(yùn)行工況雷諾數(shù)為2×106，馬赫數(shù)約為0.14. Gelot等［9］、汪瑞欣等［10］的研究均未對(duì)翼型尾緣邊界層厚度進(jìn)行說明，研究結(jié)果有較大的差異.

本文將鋸齒高度小于0.05C 的鋸齒定義為小尺寸鋸齒，利用聲類比方法探究小尺寸切開式尾緣鋸齒對(duì)翼型氣動(dòng)噪聲的影響，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證仿真方法的準(zhǔn)確性，并研究尾緣鋸齒參數(shù)對(duì)翼型降噪效果的影響，為確定切開式尾緣鋸齒降噪極限齒長(zhǎng)給予一定參考.