气动声学风洞拐角梳状尾缘降噪导流片

1.本发明涉及风洞导流片技术领域，具体而言，涉及气动声学风洞拐角梳状尾缘降噪导流片。


背景技术：

2.目前，风洞试验是研究气动噪声的重要手段，利用气动声学风洞体系，可以开展大型客机气动声学的基础研究、应用基础研究和工程应用研究。声学风洞在传统风洞的基础上，增加了对气动噪声源产生的区域的测定，以获得声频谱和声强度的空间分布，从而为降噪提供实验数据支持。
3.在流场优化和噪声控制方面，导流结构是一项重要构件，可以提高流体在流动过程中的稳定性和分布均匀性。导流罩和导流片均是常见的导流结构，可应用于车辆行驶的减阻降噪优化或其他空间噪声源的噪声特性研究，此外，导流片还可用于各种腔体和管道的流场优化及噪声控制，能够起到引导气流流动、提高管内气流分布均匀性并降低噪声的作用。
4.风洞拐角导流片主要应用于低速回流式风洞，作用是提高拐角位置的流场品质，减小风洞的流动损失。在气动声学风洞中，风洞拐角导流片还有一个重要的作用：作为消声部件降低风洞内传播的噪声水平。
5.在回流式风洞中，气流需通过多个拐角，拐角处的导流片可以避免气流对洞体结构产生的冲击。当前风洞设计和建设中，普遍使用的导流片结构简单，通常采用的是弧形的金属单叶片或双叶片。这种导流片噪声较大，但因非声学风洞对噪声无特殊要求，故使用普遍。而在气动声学风洞中，导流片产生的噪声会严重影响实验的准确性，所以需要对导流片进行优化设计。
6.导流板的相关参数，例如导流板外形、安装位置和导流板数量等对气体流动有着较大影响。
7.为了解决气动声学风洞导流片的噪声问题，中国专利，公开号cn112268679a《用于气动声学风洞的导流叶片》中提出了一种具有流线型框架和吸声填充物的导流叶片。该导流叶片通过吸声填充物可以使来流和导流叶片接触产生的噪声减少。中国专利公开号cn114383802a《一种双圆弧风洞拐角导流片气动优化方法、导流片及风洞》通过对导流片尾缘的气动型线进行修改，将原拐角导流片尾缘处的弧线改成直线，降低了最大气流速度，能够减小导流片摩擦阻力以及降低流动噪声。但其对于导流叶片尾缘气动型线的优化设计并无明显创新。
8.为此提出气动声学风洞拐角梳状尾缘降噪导流片，以解决上述提出的问题。


技术实现要素：

9.本发明旨在提供气动声学风洞拐角梳状尾缘降噪导流片，以解决或改善上述技术问题中的至少之一。
10.有鉴于此，本发明的第一方面在于提供气动声学风洞拐角梳状尾缘降噪导流片。
11.本发明的第二方面在于提供导流片布局结构。
12.本发明的第一方面提供了气动声学风洞拐角梳状尾缘降噪导流片，包括：弧形片体，所述弧形片体包括：横向依次设置的前缘段、圆弧过渡段和尾缘段；所述尾缘段远离圆弧过渡段的一端沿周向形成有凸肋；所述凸肋沿弧形片体长度方向等间距设置多个，且相邻凸肋之间形成有通槽，所述通槽沿凸肋的厚度方向贯通设置。
13.进一步地，所述凸肋的顶端为竖切平面，所述凸肋在垂直于竖切平面的平面上的长和宽具有第一相关度；
14.其中，所述第一相关度为长/宽＝3:1，所述前缘段远离圆弧过渡段的一端为圆角。
15.进一步地，所述凸肋的间距和厚度具有第二相关度；其中，所述第二相关度为间距/厚度＝1:1。
16.进一步地，所述纵向设置间距为300mm，以及所述垂直于轴心方向的的深度为300mm。
17.进一步地，所述前缘段、圆弧过渡段、尾缘段和凸肋之间采用焊接，或前缘段、圆弧过渡段、尾缘段和凸肋采用一体成型。
18.进一步地，所述凸肋沿纵向设置的数量为十二。
19.本发明的第二方面提供了导流片布局结构，所述导流片安装在风洞的气流拐角；所述导流片在气流拐角水平等间距设置多个，且所述导流片的轴心均位于一个竖直平面内；以及所有的导流片上凸肋的竖切平面均位于同一平面内；所述气流拐角具有一个布设轴心，且所述竖直平面包含布设轴心；所述前缘段靠近气流拐角的气流进口设置，所述竖切平面靠近布设轴心的端部与圆角之间具有一个横向标线，所述横向标线与气流进口的气流之间的夹角为48
°
；其中，所述气流拐角为九十度拐角。
20.本发明与现有技术相比所具有的有益效果：
21.根据本发明的实施例的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过根据本发明的实施例的实践了解到。
附图说明
22.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
23.图1为本发明的导流片的结构示意图；
24.图2为本发明的导流片的俯视图；
25.图3为本发明的锯齿尾缘的结构示意图。
26.图4为本发明的导流片的布局示意图。
27.其中，图1-4中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
28.1前缘段、2圆弧过渡段、3尾缘段、4凸肋。
具体实施方式
29.为了可以更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施
例及实施例中的特征可以相互组合。
30.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
31.请参阅图1-4，下面描述本发明一些实施例的气动声学风洞拐角梳状尾缘降噪导流片。
32.本发明第一方面的实施例提出了气动声学风洞拐角梳状尾缘降噪导流片。在本发明的一些实施例中，如图1-3所示，提供了气动声学风洞拐角梳状尾缘降噪导流片，该气动声学风洞拐角梳状尾缘降噪导流片包括：
33.弧形片体，弧形片体包括：横向依次设置的前缘段1、圆弧过渡段2和尾缘段3；
34.尾缘段3远离圆弧过渡段2的一端沿圆弧过渡段2的圆弧周向形成有凸肋4；
35.凸肋4沿弧形片体长度方向等间距设置多个，且相邻凸肋4之间形成有通槽，通槽沿轴心方向贯通设置。
36.在一些实施例中，凸肋4的顶端为竖切平面，凸肋4在垂直于竖切平面的平面上的长和宽具有第一相关度；
37.其中，第一相关度为高度/根部宽度＝3:1，前缘段1远离圆弧过渡段2的一端为圆角。
38.具体地，多个凸肋4和通槽形成梳状仿生结构。
39.本发明第一方面的实施例提出了气动声学风洞拐角梳状尾缘降噪导流片，梳状仿生结构尾缘的尾部气流较为平稳，不至于形成大的湍动，形成较大噪声。所以，梳状结构对翼型尾部的气流起到一种梳理作用，根据以往的实验资料，梳状结构的尾部气流速度波动明显要小于原型翼型的尾部气流，这就是说梳状结构能够有效地改善尾部气流的湍动情况，一直较大的涡流的产生，从而从声源上降低噪声。
40.在一些实施例中，凸肋4的间距和厚度具有第二相关度；其中，所述第二相关度为间距/厚度＝1:1。
41.在一些实施例中，纵向设置间距为300mm，以及垂直于轴心方向的的深度为300mm。
42.具体地，为探究梳状尾缘的合理尺寸范围，对梳状尾缘设计多组对照试验进行比较，比较参数如下：
[0043] 间距s/mm高度h/mm第一组200200第二组200300第三组200400第四组300300第五组500300
[0044]
通过实验对比得出，梳状结构在组合h＝300mm，s＝300mm的情况下降噪效果较好，最大降噪2.3db，根据实验结构推断，书状尾缘对气流具有梳理作用，能够减少涡的产生，改善尾部气流，提供较好的降噪效果。
[0045]
在一些实施例中，前缘段1、圆弧过渡段2、尾缘段3和凸肋4之间采用焊接，或前缘段1、圆弧过渡段2、尾缘段3和凸肋4采用一体成型。
[0046]
在一些实施例中，凸肋4沿纵向设置的数量为十二。
[0047]
本发明第二方面的实施例提出了导流片布局结构。在本发明的一些实施例中，如图4所示，提供了导流片布局结构，该气导流片布局结构包括：
[0048]
导流片安装在风洞的气流拐角；
[0049]
导流片在气流拐角水平等间距设置多个，且轴心均位于一个竖直平面内；以及所有的导流片上凸肋4的竖切平面均位于同一平面内；
[0050]
气流拐角具有一个布设轴心，且竖直平面包含布设轴心；
[0051]
前缘段1靠近气流拐角的气流进口设置，竖切平面靠近布设轴心的端部与圆角之间具有一个横向标线，横向标线与气流进口的气流之间的夹角为48
°
；
[0052]
其中，气流拐角为九十度拐角。
[0053]
综上所述，将双圆弧形式的导流片尾缘改装为梳状结构，其噪声抑制机制在于
[0054]
①
不同叶高处辐射的噪声相位不同，导致观测点声压叠加后总声压水平降低
[0055]
②
锯齿尾缘改变了叶片尾缘涡流尺度，使大涡破碎成小涡，产生额外的马蹄涡，从而使湍流脉动衰减率沿流动方向变大，达到降噪的效果。
[0056]
目前，常见的叶片尾缘锯齿为三角形，次专利首创性的提出了梳状锯齿降噪的方法
[0057]
气流在尾缘锯齿区域形成较厚的流动尾迹，产生附加噪声
[0058]
在尾迹区域中，随着流动的发展，梳状尾缘的翼型比锯齿我诶元翼型的尾迹衰减率更大，三个方向的湍流速度脉动减弱，在梳状尾缘尖端产生了额外的马蹄涡，将涡能量扩散到展向和垂直方向，使得3个方向速度的脉动呈现不同的扩散规律，流向速度脉动在展向对应齿谷，垂直方向向两侧的位置扩散，而其他两个方向速度的脉动主要在展向位置扩散
[0059]
降噪实验数据
[0060]
目前，广为使用的是双圆弧型的风洞导流片，其中，有将导流片尾缘调整成锯齿状的改良，降噪效果可达2db，而本专利通过对锯齿状尾缘改装为梳状尾缘，实验证明，锯齿状尾缘最好降噪效果可达2db，而梳状尾缘降噪效果最好可达2.3db，实验数据如下
[0061]
使用传声器阵列对常规尾缘翼型和锯齿尾缘翼型进行声场测量，风洞的出口处为x＝-0.2，导流片前缘处为x＝-0.07，导流片后缘位置为x＝0.1
[0062]
无导流片的风洞声场结果(5000hz)
[0063][0064]
锯齿尾缘的声场结果(5000hz)
[0065][0066][0067]
梳状尾缘的声场结果(5000hz)
[0068][0069]
对比二者降噪效果可见，梳状尾缘的降噪效果大约可达2.3db，好于锯齿状尾缘的2db，对锯齿状尾缘进行设计改良为梳状尾缘是可行的在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0070]
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：
1.气动声学风洞拐角梳状尾缘降噪导流片，其特征在于，包括：弧形片体，所述弧形片体包括：横向依次设置的前缘段、圆弧过渡段和尾缘段；所述尾缘段远离圆弧过渡段的一端沿周向形成有凸肋；所述凸肋沿弧形片体长度方向等间距设置多个，且相邻凸肋之间形成有通槽，所述通槽沿凸肋的厚度方向贯通设置。2.根据权利要求1所述的气动声学风洞拐角梳状尾缘降噪导流片，其特征在于，所述凸肋的顶端为竖切平面，所述凸肋的高度和根部宽度具有第一相关度；其中，所述第一相关度为高度/根部宽度＝3:1，所述前缘段远离圆弧过渡段的一端为圆角。3.根据权利要求2所述的气动声学风洞拐角梳状尾缘降噪导流片，其特征在于，所述凸肋的间距和厚度具有第二相关度；其中，所述第二相关度为间距/厚度＝1:1。4.根据权利要求3所述的气动声学风洞拐角梳状尾缘降噪导流片，其特征在于，所述纵向设置间距为300mm，以及所述垂直于轴心方向的的深度为300mm。5.根据权利要求4所述的气动声学风洞拐角梳状尾缘降噪导流片，其特征在于，所述前缘段、圆弧过渡段、尾缘段和凸肋之间采用焊接，或前缘段、圆弧过渡段、尾缘段和凸肋采用一体成型。6.根据权利要求5所述的气动声学风洞拐角梳状尾缘降噪导流片，其特征在于，所述凸肋沿纵向设置的数量为十二。7.采用如权利要求2-6中任一项所述的导流片的导流片布局结构，其特征在于，所述导流片安装在风洞的气流拐角；所述导流片在气流拐角水平等间距设置多个，且所述导流片的轴心均位于一个竖直平面内；以及所有的导流片上凸肋的竖切平面均位于同一平面内；所述气流拐角具有一个布设轴心，且所述竖直平面包含布设轴心；所述前缘段靠近气流拐角的气流进口设置，所述竖切平面靠近布设轴心的端部与圆角之间具有一个横向标线，所述横向标线与气流进口的气流之间的夹角为48
°
；其中，所述气流拐角为九十度拐角。

技术总结
本发明属于风洞导流片技术领域，具体公开了气动声学风洞拐角梳状尾缘降噪导流片，包括：弧形片体，弧形片体包括：横向依次设置的前缘段、圆弧过渡段和尾缘段；尾缘段远离圆弧过渡段的一端沿周向形成有凸肋；凸肋沿弧形片体长度方向等间距设置多个，且相邻凸肋之间形成有通槽，通槽沿凸肋的厚度方向贯通设置；具有如下优点：噪声小，梳状尾缘的梳状结构可以加宽尾迹区域并加快大涡的破碎，产生额外的马蹄涡，从而使湍流脉动衰减率沿流动方向变大，达到降噪的效果，对于气动声学风洞的整体性能有提升作用；梳状结构制造简单，与相同尺寸材料的传统导流片相比重量更轻。的传统导流片相比重量更轻。的传统导流片相比重量更轻。


技术研发人员：胡天翔 林佳琪 刘沛清 屈秋林 李津轩 戴若航
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2023.04.20
技术公布日：2023/7/28