CN109292076A - 一种具有多波长锯齿尾缘的低自噪声翼型结构 - Google Patents

Abstract

一种具有多波长锯齿尾缘的低自噪声翼型结构，本发明涉及流体动力噪声技术领域，本发明是为了解决现有的翼型尾缘锯齿修型设计，采用单一锯齿形状，且波形是单一波长、单一波幅的，这样的单尺度的锯齿难以保证对不同尺度涡的适用性，对噪声的抑制作用有限，有时反而会增大噪声的问题；它包括翼型本体和降噪尾缘板，所述翼型本体通过连接件与降噪尾缘板可拆卸连接；所述翼型本体的后缘端沿轴向方向设有使降噪尾缘板插入的长槽，降噪尾缘板包括两段第一段矩形板和第二段多波长锯齿尾缘板，且第一段矩形板与第二段多波长锯齿尾缘板一体成形，所述多波长锯齿尾缘板是锯齿形板，本发明用于降低翼型的自噪声。

Description

一种具有多波长锯齿尾缘的低自噪声翼型结构

技术领域

本发明涉及流体动力噪声技术领域，具体涉及一种具有多波长锯齿尾缘的低自噪声翼型结构。

背景技术

翼型的自噪声是飞机噪声、水下航行器噪声和风力机噪声的重要来源，其中，翼型尾缘是翼型自噪声产生的关键因素之一。高雷诺数下，翼型边界层处于充分发展的湍流状态，此时，湍流边界层流过翼型尾缘时，湍流中的小尺度涡团与尾缘相互作用，产生压力散射，向远处辐射频率相对较高的宽频噪声；而当雷诺数较低时，翼型边界层未完全转变为湍流，在逆压力梯度作用下产生层流分离泡，准周期性的大尺度涡在尾缘脱落，产生高声压的单音噪声。早期的翼型设计中，重点关注的是翼型的流体动力学性能，如升力、效率等，但随着飞机乘客和风机场附近居民对噪声问题的关注，有效控制翼型自噪声的需求日益强烈。研究表明，在一些情况下，对翼型尾缘加工锯齿状修型是控制翼型自噪声的一种较为有效的手段，其作用原理是利用锯齿破坏流动中涡的尺度，改变尾缘附近的流动状态，因此，锯齿尾缘对噪声的影响依赖于锯齿的几何参数。现有的尾缘锯齿修型设计，采用单一锯齿形状，且波形是单一波长、单一波幅的，这样单尺度的锯齿难以保证对不同尺度涡的适用性，对噪声的抑制作用有限，有时反而会增大噪声。此外，一般的在翼型本体上直接在尾缘加工锯齿对翼型的流体动力学性能是不利的，致使翼型的升力减小。

发明内容

本发明的目的是要解决目前现有的尾缘锯齿修型设计，采用单一锯齿形状，且波形是单一波长、单一波幅的，这样单尺度的锯齿难以保证对不同尺度涡的适用性，对噪声的抑制作用有限，有时反而会增大噪声的问题，进而提供了一种具有多波长锯齿尾缘的低自噪声翼型结构。

本发明技术方案是：一种具有多波长锯齿尾缘的低自噪声翼型结构，所述的一种具有多波长锯齿尾缘的低自噪声翼型结构包括翼型本体和降噪尾缘板，所述翼型本体通过连接件与降噪尾缘板可拆卸连接；所述翼型本体的后缘端沿轴向方向设有使降噪尾缘板插入的长槽，翼型本体尾端的长槽上方的翼面设有N个固定孔，N为正整数且N≥2，所述的降噪尾缘板包括两段，第一段为矩形板和第二段多波长锯齿尾缘板，且第一段为矩形板与第二段多波长锯齿尾缘板一体成形，所述矩形板一侧上端面设有M个通孔，M为正整数，矩形板通孔的数量与固定孔的数量相同，且矩形板通孔的位置与固定孔的位置一一对应，所述多波长锯齿尾缘板是锯齿形板，所述多波长锯齿尾缘板的锯齿形状是由Z种波形交替设置的组合锯齿A构成，其中Z为正整数，且Z≥2。

本发明的有益效果是：

一、本发明的一种具有多波长锯齿尾缘的低自噪声翼型结构，由翼型本体、降噪尾缘板，翼型本体通过螺栓或铆钉与降噪尾缘板连接，安装方式简单，便于更换不同的降噪尾缘板。

二、降噪尾缘板设有多种波长的锯齿，不同波长的波形具有不同波幅，甚至具有多种波形，不同波长和波幅的锯齿作用于不同尺度的涡，破坏涡的相干结构，使流动更加均匀，拓宽了锯齿尾缘的作用范围，有效降低了翼型自噪声，控制噪声范围在500Hz-10KHz。

附图说明

图1是本发明的结构图；

图2是本发明的实施例1的俯视图；

图3是本发明的实施例2的俯视图；

图4是本发明的实施例3的俯视图；

图5是图2中B1的局部放大图；

图6是图3中B2的局部放大图；

图7是图4中B3的局部放大图；

图8是本发明的翼型本体结构图；

图9是本发明的降噪尾缘板结构图；

图10是本发明的工作原理图。

具体实施方式：

具体实施方式一：结合图1-10说明本实施方式，本实施方式所述的所述的一种具有多波长锯齿尾缘的低自噪声翼型结构包括翼型本体1和降噪尾缘板2，所述翼型本体1通过连接件3与降噪尾缘板2可拆卸连接；

所述翼型本体1的后缘端沿轴向方向设有使降噪尾缘板2插入的长槽，翼型本体1尾端的长槽上方的翼面设有N个固定孔1-1，N为正整数且N≥2，所述的降噪尾缘板2包括两段，第一段为矩形板2-1和第二段多波长锯齿尾缘板2-2，且第一段为矩形板2-1与第二段多波长锯齿尾缘板2-2一体成形，所述矩形板2-1一侧上端面设有M个通孔，M为正整数，矩形板2-1通孔的数量与固定孔1-1的数量相同，且矩形板2-1通孔的位置与固定孔1-1的位置一一对应，所述多波长锯齿尾缘板2-2是锯齿形板，所述多波长锯齿尾缘板2-2的锯齿形状是由Z种波形交替设置的组合锯齿A构成，其中Z为正整数，且Z≥2。

本实施方式中，使用连接件3将翼型本体1和降噪尾缘板2连接，即方便二者的拆分，又可以根据实际情况更换不同波形锯齿的降噪尾缘板，安装方式简单。

具体实施方式二：结合图2-7说明本实施方式，本实施方式所述Z种波形的种类在三角波形、尖部倒圆角的三角形波形、正弦波形或余弦波形中选择两种或两种以上。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

本实施方式中，多波长锯齿尾缘板2-2的锯齿形状的加工可通过激光切割、电火花切割、3D打印等加工制造技术实现。

具体实施方式三：结合图2-7说明本实施方式，本实施方式所述的Z种构成组合锯齿A的波，波长λ的取值范围是0.05L-0.4L，波形的波幅h的取值范围是0.02L-0.2L，其中L为弦长，翼型本体1前缘到尾缘的长度，其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。

本实施方式中，波长λ表示尾缘形状的波峰与波峰之间的距离，波幅h表示尾缘形状的波峰与波谷之间的距离。

具体实施方式四：结合图2-7说明本实施方式，本实施方式所述的Z种波形的数量为2-4。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

本实施方式中，如图2-7所示，给出了三种形式的多波长锯齿形状的实施例，其中，图5为实施例1，B1是三种不同波幅和波长的三角波形组合，图6为实施例2，B2是在B1三角波形的基础上，对波形顶部和底部的尖角加工了倒圆，即尖部倒圆角的多波长三角波形，图7为实施例3，B3是两种波幅和波长的正弦波形组合。尾缘的多波长锯齿不局限于以上三种实施例。

具体实施方式五：结合图8说明本实施方式，本实施方式所述的N个固定孔1-1N的数量为2-4，其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。

具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的连接件3可以是螺栓或者柳钉，其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。

具体实施方式七：结合图8说明本实施方式，本实施方式所述的翼型本体1的尾缘凹槽开口外侧面设有斜角和倒圆，其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。

本实施方式中，对翼型本体1的后缘边缘加工斜角和倒圆，保证翼型本体1的表面与多波长锯齿尾缘延伸段2的表面在交界处平滑过渡，以免产生额外钝尾噪音。

具体实施方式八：结合图1、图8说明本实施方式，本实施方式所述的翼型本体1的上翼面和下翼面均为弧面，其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六、七或八相同。

具体实施方式九：结合图2-7说明本实施方式，本实施方式所述组合锯齿A有三种分别为B1、B2或B3；

B1为三种不同波长λ和不同波幅h的三角波形组合，三种三角波形的波长λ分别为λ₁、λ₂和λ₃，三种三角波形的波幅h分别为h₁、h₂和h₃，且三者的关系为h₁＞h₂＞h₃，三种不同波幅的排列顺序为h₁、h₃、h₂、h₂、h₃、h₁依次设置并构成一个单元组合波形，由多个所述单元组合波重复排列构成组合锯齿A；

B2是在B1三角波形的基础上对波形顶部和底部的尖角设置为倒圆，三种波形的波长λ分别为λ₄、λ₅和λ₆，三种波形的波幅h分别为h₄、h₅和h₆，且三者的关系为h₄＞h₅＞h₆，三种不同波幅的排列顺序为h₄、h₆、h₅、h₅、h₆、h₄依次设置并构成一个单元组合波形，由多个所述单元组合波重复排列构成组合锯齿A；

B3是两种不同波长λ和不同波幅h的正弦波形组合，两种正弦波形的波长λ分别为λ₇、λ₈，两种正弦波形的波幅h分别为h₇和h₈，且两者的关系为h₈＞h₇，两种不同波幅的排列方式为h₇、h₈依次设置并构成一个单元组合波形，由多个所述单元组合波重复排列构成组合锯齿A。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六、七、八或九相同。

工作原理

图10中给出了翼型的多波长锯齿尾缘附近的气体流动示意图，总体上讲，多波长锯齿尾缘的工作原理是有效降低翼型尾缘噪声声源的强度。尾缘上游的湍流边界层或层流分离泡运动到尾缘附近时，在翼型展向形成许多具有一定尺度的涡团，这些涡团结构类似，相互之间是相干的，它们产生的脉动压力波遇到尾缘时，由尾缘向外界散射，起到了类似于扩音器的作用，提高了声辐射功率。尾缘散射噪声的效率与涡团尺度，即相干长度，密切相关，不稳定流动中的涡团往往是多尺度的。如图10所示，当涡团流过多波长锯齿尾缘时，在具有不同波长和波幅的锯齿结构的作用下，不同尺度的涡团被不断地分割、掺混、重整，这个过程中能量被不断地耗散，形成尺度更小、掺混更加均匀的湍流，从而降低尾缘噪声声源强度。锯齿的多种波长和波幅设计能使锯齿结构适应于不同尺度的涡团，增强降噪效果。在翼型后缘安装单独的延长段，保证翼型表面的受力面积不减小，从而能保证翼型的流体动力学性能。

Claims (9)

1.一种具有多波长锯齿尾缘的低自噪声翼型结构，所述的一种具有多波长锯齿尾缘的低自噪声翼型结构包括翼型本体(1)和降噪尾缘板(2)，所述翼型本体(1)通过连接件(3)与降噪尾缘板(2)可拆卸连接；

其特征在于：所述翼型本体(1)的后缘端沿轴向方向设有使降噪尾缘板(2)插入的长槽，翼型本体(1)尾端的长槽上方的翼面设有N个固定孔(1-1)，N为正整数且N≥2，所述的降噪尾缘板(2)包括两段，第一段为矩形板(2-1)和第二段多波长锯齿尾缘板(2-2)，且第一段为矩形板(2-1)与第二段多波长锯齿尾缘板(2-2)一体成形，所述矩形板(2-1)一侧上端面设有M个通孔，M为正整数，矩形板(2-1)通孔的数量与固定孔(1-1)的数量相同，且矩形板(2-1)通孔的位置与固定孔(1-1)的位置一一对应，所述多波长锯齿尾缘板(2-2)是锯齿形板，所述多波长锯齿尾缘板(2-2)的锯齿形状是由Z种波形交替设置的组合锯齿A构成，其中Z为正整数，且Z≥2。

2.根据权利要求1所述的一种具有多波长锯齿尾缘的低自噪声翼型结构，其特征在于：所述Z种波形的种类在三角波形、尖部倒圆角的三角形波形、正弦波形或余弦波形中选择两种或两种以上。

3.根据权利要求1所述的一种具有多波长锯齿尾缘的低自噪声翼型结构，其特征在于：所述的Z种构成组合锯齿A的波形，波长λ的取值范围是0.05L-0.4L，波形的波幅h的取值范围是0.02L-0.2L，其中L为弦长，翼型本体(1)前缘到尾缘的长度。

4.根据权利要求2所述的一种具有多波长锯齿尾缘的低自噪声翼型结构，其特征在于：所述的Z种波形的数量为2-4。

5.根据权利要求1所述的一种具有多波长锯齿尾缘的低自噪声翼型结构，其特征在于：所述的N个固定孔(1-1)N的数量为2-4。

6.根据权利要求1所述的一种具有多波长锯齿尾缘的低自噪声翼型结构，其特征在于：所述的连接件(3)可以是螺栓或者柳钉。

7.根据权利要求1所述的一种具有多波长锯齿尾缘的低自噪声翼型结构，其特征在于：所述的翼型本体(1)的尾缘凹槽开口外侧面设有斜角和倒圆。

8.根据权利要求1所述的一种具有多波长锯齿尾缘的低自噪声翼型结构，其特征在于：所述的翼型本体(1)的上翼面和下翼面均为弧面。

9.根据权利要求2或3所述的一种具有多波长锯齿尾缘的低自噪声翼型结构，其特征在于：所述组合锯齿A有三种分别为B1、B2或B3；

B1为三种不同波长λ和不同波幅h的三角波形组合，三种三角波形的波长λ分别为λ₁、λ₂和λ₃，三种三角波形的波幅h分别为h₁、h₂和h₃，且三者的关系为h₁＞h₂＞h₃，三种不同波幅的排列顺序为h₁、h₃、h₂、h₂、h₃、h₁依次设置并构成一个单元组合波形，由多个所述单元组合波重复排列构成组合锯齿A；

B2是在B1三角波形的基础上对波形顶部和底部的尖角设置为倒圆，三种波形的波长λ分别为λ₄、λ₅和λ₆，三种波形的波幅h分别为h₄、h₅和h₆，且三者的关系为h₄＞h₅＞h₆，三种不同波幅的排列顺序为h₄、h₆、h₅、h₅、h₆、h₄依次设置并构成一个单元组合波形，由多个所述单元组合波重复排列构成组合锯齿A；

B3是两种不同波长λ和不同波幅h的正弦波形组合，两种正弦波形的波长λ分别为λ₇、λ₈，两种正弦波形的波幅h分别为h₇和h₈，且两者的关系为h₈＞h₇，两种不同波幅的排列方式为h₇、h₈依次设置并构成一个单元组合波形，由多个所述单元组合波重复排列构成组合锯齿A。