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基于Kirchhoff方法的跨音速螺旋桨的气动声学计算.pdf

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航空动力学报990313 航空动力学报 JOURNALOFAEROSPACEPOWER 1999年第14卷第3期Vol.14No.31999 基于Kirchhoff方法的跨音速螺旋桨的气动声学计算* 马亮D.LohmannM.Kuntz 【摘要】本文采用Kirchhoff方法计算双桨叶Hartzell跨音速螺旋桨的远场气动噪 声。Kirchhoff面为包围整个螺旋桨的固定圆柱面，首先采用FLOWer软件包直接求解 Euler方程得到圆柱内和圆柱面上的近场气动流场解，然后根据Kirchhoff方法求解远场 声场。通过计算详细研究了圆柱的直径和高度对远场声场的影响，以及圆柱各部分对 远场声压的贡献，文中同时给出了Farassat线性方法的计算结果。与实验值的比较表 明，通过选取适当的圆柱直径，Kirchhoff方法比线性方法能够给出更准确的远场声 压。 主题词：气动噪声螺旋桨计算 分类号：V211.44O422.8 AEROACOUSTICCALCULATIONOFATRANSONICPROPELLER BYUSINGKIRCHHOFFMETHOD MaLiang （5thDept.BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Beijing100083） D.LohmannandM.Kuntz （InstituteofDesignAerodynamics,DLRGermany） ABSTRACTTheaeroacousticfieldgeneratedbyatransonictwo-bladeHartzell propellerwascalculatedbyusingKirchhoffmethod.TheKirchhoffsurfacewasdefinedasa nonrotatingcylindersurroundingthewholepropellerblade.Theaerodynamicflowfieldwas firstlycomputedbyusingtheFlowercoderunningintheEulermode,thenthefarfieldacoustic pressurewascalculatedwiththeKirchhoffmethod.Adetailednumericalstudyrevealedthe influenceoftheradiusandheightofthecylinderontheacousticpressureinthefarfield.The resultsobtainedbytheFarassat'slinearmethodwerealsopresentedandcomparedwiththe presentedresults.Thecomparisonoftheresultsobtainedbyboththemethodswithexperimental datademonstratedthattheKirchhoffmethodconsideringmostofthenonlineareffectsgavea betterresultsthanthelinearmethod. KeyWordsKirchhoffmethodAerodynamicnoisePropellerCalculation 1引言 随着计算机技术的飞速发展出现了一门新兴的分支—计算气动声学（CAA） ［1］。事实上，完全的时间相关的Navier-Stokes方程描述了气动声源及其传播，因此计 file:///E|/qk/hkdlxb/hkdl99/hkdl9903/990313.htm（第1／8页）2010-3-2222:45:01 航空动力学报990313 算流体力学（CFD）与CAA有紧密的联系，但还不能把CFD方法直接应用到CAA上， 因为CAA对计算格式的色散性和耗散性有很严格的要求［2］。目前CAA中应用较多的 方法是把计算域分为两部分，一部分描述声源的非线性产生，另一部分描述其线性传 播，而计算声音传播的方法主要有：线性分析方法、近场非线性CFD方法+远场线性 Euler方程解以及Kirchhoff方法。其中Kirchhoff方法可以利用现已较为成熟的CFD的计算 结果作为声源，而且形式简单，因而倍受人们的关注［3］。Kirchhoff公式发表于1882 年，最早是用来解决光衍射和电磁场问题的，而且是针对静止不动的控制面。1969年 FfowcsWillims和Hawkings导出了著名的任意运动的控制面为声源的Kirchhoff公式— FW-H方程［4］。但公式中的偏导数和时间是针对观察坐标的，不易数值计算。1988年 Fa