论文摘要：传递单元方法及其在航空发动机短舱声学问题中的应用

环境噪声问题一直是制约航空工业发展的关键技术之一，尤其是相对于越来越严格的飞机适航噪声标准，发动机的降噪变得越来越困难，声学研究面临新的挑战，如何突破现有的技术瓶颈，发展新的声学设计技术是当今世界航空大国竞相努力的目标。与目前国外正在发展和尝试的技术途径显著不同，本文提出了新的航空推进系统声学设计思路，着重于声源与声衬之间、不同类型声衬组合之间、甚至是声源与声源之间的耦合相互作用来寻求航空推进系统最优声学设计的新途径。然而，要研究这些相互作用首先需要建立能够深刻刻画这些相互作用机理的理论模型。可迄今发展的航空推进系统的声学设计方法，均是以考虑单一因素，如声源本身或声衬本身为目标建立的，甚至均假定声源或声衬置于进出口无限长的空间之内，因而从数学物理模型的角度来看，均无法用以研究各种相互作用的机理。正因如此，本文首先提出了一种新的气动声学设计方法——传递单元方法，它不仅可以处理过去理论模型能够解决的问题，而且也为研究各种相互作用奠定了技术基础，更重要的是可以通过这些相互作用发现新的降噪机制，从而为航空推进系统的声学设计提供不同的视角和途径。具体地讲，本论文的工作主要由以下几个部分组成。本文首先着重研究了传递单元应如何建立。通过利用和发展等价分布源模型和三维升力面理论模型，在包含声衬和叶片的管道内建立独立的单元，详细讨论单元内部的声场，并建立散射声场与入射声波之间的显式表达式，最终将单元内部信息传递到界面上，从而形成单元内外的直接联系。本文特别针对局域反应声衬、非局域反应声衬、转子/静子干涉噪声声源分别建立了传递单元模型，并经过严格的理论和数值计算的验证。其次，本文应用传递单元方法研究了静子叶片与声衬相互作用对声传播的影响，以及转子叶片与静子叶片相互作用对声源预测结果的影响，特别是声源与声衬之间的相互作用对声学优化结果的影响。研究表明，无论是两排叶片之间还是叶片与声衬之间的相互作用都是较为强烈的，特别是考虑声源影响后对声衬的优化结果可达5-10dB的收益，同时也导致了声衬结构优化参数的改变。此外，本文应用传递单元方法提出了一种多腔共振拓宽降噪频带的思想，并建立相应的理论模型。此外，还进行了相应的实验研究。理论与实验研究不仅显示了良好的一致性，而且证实多腔共振思想是一种拓宽降噪频带的有效方法，值得进一步研究和重视。本文还应用传递单元方法研究了膜结构消声器、非均匀管道的声学设计等问题，并结合边界元方法实现了发动机远场声辐射计算，在此基础上实现了发动机管道声学一体化计算，获得了有意义的结果。最后，本文应用传递单元方法具体设计了我国某型号发动机的进气声处理。实验结果表明，应用该方法设计声衬，平均降噪量可达12dB以上，完全达到了预定的目标。

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