33-直升機尾槳渦干擾噪聲試驗研究- 何瑞恒-4

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1、第二十六屆（2010）全國直升機年會論文直升機尾槳渦干擾噪聲試驗研究何瑞恒1黃漢超2龔亮1王華明1(1南京航空航天大學直升機旋翼動力學重點實驗室，南京，2100162解放軍61213部隊)摘要：為了探索直升機尾槳與旋翼尾渦干擾噪聲的影響因素和分布規(guī)律,在消聲室中進行了尾槳與渦干擾噪聲試驗。利用新型渦發(fā)生器產(chǎn)生所需的干擾渦，針對不同的尾槳轉速、總距和渦干擾角度，在不同的測量距離和方位角上進行了噪聲測量。通過對試驗結果的分析比較，得出了尾槳噪聲的指向性，揭示了尾槳噪聲的主要影響因素。關鍵字：尾槳噪聲、渦干擾、指向性引言隨著直升機技術的不斷發(fā)展，噪聲水平已經(jīng)成為衡量其性能

2、的重要指標之一。就目前廣泛采用渦輪軸發(fā)動機為動力的直升機來說，旋翼/尾槳的空氣動力噪聲對遠場噪聲的貢獻最大，是直升機最主要的噪聲源[1]。與旋翼相比，尾槳噪聲有其特殊的發(fā)聲機理。尾槳的工作環(huán)境復雜，主要受到旋翼下洗流的影響，旋翼尾渦與尾槳的干擾噪聲是目前研究的熱點。直升機尾槳噪聲的研究始于20世紀70年代,Leverton[2]在其研究中指出旋翼尾渦與尾槳的干擾是尾槳噪聲的主要來源。隨后Schlinker和Amiet在聲學研究風洞進行了尾槳的渦干擾噪聲測量試驗[3]。為了能夠清晰直觀的找出渦干擾噪聲的產(chǎn)生機理和分布規(guī)律，研究者們采用了專門的旋渦發(fā)生裝置[4]。該方法

3、是在尾槳入流處固定一段翼型段，產(chǎn)生旋渦作用于尾槳，以此代替旋翼尾渦的作用，研究旋渦對尾槳噪聲的影響。這種方法產(chǎn)生的旋渦類似于旋翼脫下的槳尖渦，可以滿足試驗要求。1.尾槳與渦干擾噪聲試驗方案本次試驗在南京航空航天大學航空消聲室中進行，該消聲室大小為8m×7m×6m，設有相應的進排氣通道。在消聲室中進行尾槳噪聲試驗避免了氣流噪聲、剪切層和多普勒效應對傳聲器的干擾。消聲室背景噪聲11．3dBA，下限截止頻率80Hz。首先測量了孤立尾槳的噪聲，然后安裝渦發(fā)生器，通過調整渦發(fā)生器的位置，測量不同干擾狀態(tài)下的尾槳噪聲。本試驗采用復合材料槳葉，槳葉平面形狀為矩形，具體參數(shù)如下表所

4、示：旋翼直徑1m槳葉扭轉0°槳葉弦長0.06m槳葉翼型NACA0015試驗裝置如圖1所示，為了避免回流，并利用消聲室己有的排氣通道，把電機軸水平放置，槳轂中心距地面尖劈距離為2m。為了降低聲波的反射，取得更好的測量結果，試驗時用厚度2cm的海綿對試驗裝置進行包裹。四片槳葉共面等距布置，夾角90°，槳根接頭和槳轂通過螺栓連接，通過更換槳根接頭手動調節(jié)槳葉安裝角。根據(jù)試驗所需的測量狀態(tài)加工出幾組不同構型的接頭，共有0°，3°，6°，9°四個安裝角。傳聲器固定在可升降的支架上，高度與槳轂中心保持水平。為考察噪聲在不同方位角處的分布規(guī)律，從槳盤平面的后方開始每隔15°布置一

5、個測量點。尾槳軸正后方定為0°，正前方為180°。為研究測量距離對噪聲分布規(guī)律的影響，在各方位角上距槳轂中心2m和3m處各布置一組測量點，具體如圖2所示，圖中圓點表示傳聲器位置。244圖2測量點分布圖圖1尾槳與渦干擾試驗布局尾槳由一額定轉速為3000rpm的交流電機驅動，通過變頻器調節(jié)轉速，在穩(wěn)定負載情況下槳葉轉速控制誤差小于±2rpm。試驗所用的設備包括BSWA-MA201型傳聲器、LMS高速多通道數(shù)據(jù)采集儀（圖3）以及聲信號分析軟件系統(tǒng)等，試驗中為了減小旋翼下洗氣流的影響，在部分傳聲器上添加了UA0386型風錐。LMS高速多通道數(shù)據(jù)采集儀最大可以采集20kHz帶

6、寬的頻率信號和170dB的聲壓級信號，能滿足本次試驗的要求。為了模擬平行和正交渦干擾對尾槳噪聲的影響，本試驗利用一種新型多翼型段組合式渦發(fā)生器（圖4）來模擬旋翼尾渦。這種渦發(fā)生器主要是考慮到我國現(xiàn)有試驗條件的不足進行了簡化處理，但是相比于國外常規(guī)的翼型段式渦發(fā)生器，能夠更大幅度的降低背景噪聲，減少試驗的干擾因素。在距渦發(fā)生器出口100mm處進行PIV測量，所得渦量分布如圖5所示，速度分布如圖6所示。將該截面上50組速度場數(shù)據(jù)采用條件平均，得出該渦發(fā)生器所產(chǎn)生的旋渦接近scully渦核模型，截面上渦核半徑大約為8mm，周向速度峰值為13m/s，渦量的分布基本全部集中在

7、渦核之內，旋渦參數(shù)基本滿足本次試驗的要求。圖3LMS高速多通道數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)圖4新型渦發(fā)生器圖5渦發(fā)生器出口處渦量分布圖6渦發(fā)生器出口處速度分布1.試驗結果與分析244本試驗分別對孤立尾槳，平行干擾和正交干擾三種情況進行了噪聲測量，每種試驗情況涉及以下狀態(tài)變量：槳距角（0°、3°、6°、9°），尾槳轉速（2000、2200、2400、2600、2800、3000rpm），測量距離（2m、3m）。2.1孤立尾槳噪聲圖7是孤立尾槳在轉速n=3000rpm，槳距角分別為6°和9°狀態(tài)下距槳轂中心2m處的聲壓級分布。從圖中可以看出，隨著槳距角的增加，旋翼的噪聲水平也