飞机机身表面APU气动噪声模拟

    某型飞机飞行过程中，机身表面APU进气口产生显著的气动噪声源，并在机舱内部形成较大噪声污染。由于飞机机械结构复杂，通过真机飞行完成声学实验测量无法准确判断噪声源，而一般风洞实验背景噪声较高，很难准确测量湍流噪声，因而需要通过计算机仿真模型完成数值分析，进一步指导APU进气口低噪音设计。

    为了解决这一难题，海基科技的声学分析工程师与西安飞机强度研究所的专家联合对APU进气口的气动噪声进行了模拟，模拟的结果与试验结果吻合良好。

    目前，适于广泛工程应用的气动噪声分析方式主要采用基于Lighthill声类比理论的多步法，包括CFD非定常流场模拟和CAA气动噪声计算两个阶段。本方案采用专业声学有限元/无限元软件ACTRAN的Aero-acoustics气动噪声分析模块进行APU进气口不同工况下的三维气动噪声模拟，与该机飞行中实验测量得到的特征频率下的声学结果较为一致。

    通过FLUENT6.3.26软件完成APU进气口扰流LES非定常模拟，然后通过ACTRAN-Aeroacoustics的Lighthill声类比算法提取CFD非定常湍流噪声源，并进一步完成声场计算。CFD模拟部分采用完全结构化六面体网格建立三维流场模型，网格质量、使用效率、边界层解析效果较高，CAA部分采用非结构化四面体网格建立三维声学模型、建模简便快速且计算结果较好。计算结果包括APU进气口附近形成的气动噪声源频谱特性曲线，远场声学指向性曲线，有限元计算域声学参量分布，以及通过无限元技术计算得到的特别关注的计算域以外的特定空间位置的声学参量。模拟结果对APU进气口结构设计具有较高指导意义。

通过实际工程问题的模拟表明：

    1） ACTRAN直接提取CFD计算获得的近体声源，从而保证声源的精度。

    2） ACTRAN在计算气动噪声时，可以将非均质流场对声传播的影响考虑在内，这一点对飞行器的气动噪声模拟具有重大意义。

    3） ACTRAN可以计算气动和振动噪声的综合效应。

西安飞机强度研究所 :

    西安飞机强度研究所是我国航空工业唯一的飞机强度研究中心与地面强度试验验证基地。具有代表国家对新研制飞机强度进行验证试验并给出验证结论的职能。单位座落于西安市区电子城，环境优美、交通便利、人文气氛浓厚。在西安市阎良区飞机城、铜川市耀州区设有试验基地。现有职工1500余人，专业技术人员约1000人，其中高级专业技术人员近300人，并有国家级突出贡献专家2名，省部级突出贡献专家13名，享受政府特殊津贴专家31名，拥有一支高素质的专业技术队伍。拥有各类先进的飞机地面强度试验设备及配套完整的试验、控制、检测一体化设备，研究和试验手段先进，专业配套，管理完善，具有结构强度预先研究和试验紧密结合的优势，飞机结构强度预先研究和地面验证试验的综合能力为国内领先。通过了ISO9001：2001及GJB9001A-2001质量体系认证。

    自1965年建所以来，先后承担并完成了300余项行业重点预研课题，11种系列飞机的全机静力试验，7种系列飞机的全机疲劳试验，各种系列飞机近200 架次的全机地面共振试验，各种系列飞机起落架的落震、摆振试验，全尺寸复合材料结构综合强度试验、飞机结构综合环境试验以及飞机噪声控制等研究与试验。获得国家级科技成果40多项，获省部级科技成果180余项，被授予“航空工业创建四十周年重大贡献单位”称号。目前正按照国家“强化基础、提升能力”的要求，进行大型基础设施建设，一批具有国际先进水平的大型试验设施即将建成，一个国内领先、国际知名的国家级飞机强度研究中心将以崭新的姿态展现在人们面前。

【责任编辑：LX】