CN109677589A - 一种基于锯齿-刷毛耦合结构的后缘噪声抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于锯齿‑刷毛耦合结构的后缘噪声抑制方法，在后缘的锯齿结构内通过设置柔性细长体，所述柔性细长体填充在锯齿结构的锯齿间隙内；通过在后缘锯齿结构的基础上引入刷毛填充到锯齿的间隙中，既可以降低锯齿根部的厚度，又可以阻止气流在锯齿侧缘之间上下流动，进而减弱或消除流动分离和涡脱落的产生，并对后缘自由剪切层和湍流边界层等产生影响，同时消耗声波能量。这种锯齿‑刷毛耦合结构不仅能避免单纯锯齿降噪带来的低频涡脱落噪声，还能在更大的频率范围内降低后缘宽频噪声，在噪声抑制方面具有普遍推广意义。

Description

一种基于锯齿-刷毛耦合结构的后缘噪声抑制方法

技术领域

本发明涉及噪声抑制领域，尤其是涉及到适用于飞行器、旋转机械（如风力机或风扇）等的后缘噪声抑制方法。

背景技术

后缘噪声是广泛存在于各类飞行器机翼和推进***、旋转机械（如风力机、螺旋桨和风扇）叶片及其它部件后缘的一类噪声。根据噪声产生机理的不同，后缘噪声通常可分为五类：层流不稳定噪声、湍流边界层噪声、低频涡脱落纯音噪声、大迎角流动分离噪声和侧缘翼尖噪声。发展有效的后缘噪声抑制措施对提高环保舒适性和结构安全性等有着十分重要的意义。

仿生学通过模仿生物适应自身环境和生存需求的特殊功能来发明创造新的技术装置，为后缘噪声抑制提供了新思路、新理念和新方法。近年来的研究和观测发现，鸮类（俗称猫头鹰）是目前已知的包括人造飞行器和自然界中其它各类飞行物在内的唯一能静音飞行的飞行体，是发展“无声”技术的关键仿生来源。

研究表明，猫头鹰悄无声息地接近猎物的能力归因于其翅膀和羽毛所具有的三个独特的降噪特征：翅膀前缘的锯齿结构、翅膀后缘类似“刘海”的细长体结构，以及翅膀背部和腿部覆盖的柔软而疏松的羽毛。受猫头鹰静音飞行特征的启发，目前已发展出了前缘锯齿仿生降噪、后缘锯齿仿生降噪、多孔材料仿生降噪和细长体仿生降噪等相应的噪声抑制措施。其中，后缘锯齿结构由于结构简单、易于实现，是目前研究和应用最多的一种仿生降噪技术。在原始后缘结构的基础上直接切割出锯齿是后缘锯齿结构的一种常见实现形式，这种方式能保证结构的强度和一致性。但是这种结构所产生的较厚的锯齿根部会带来明显的低频涡脱落纯音噪声。另一方面，后缘锯齿结构往往会使得高频噪声增加。这两方面的影响都会抵消后缘锯齿对宽频噪声的抑制效果，甚至反而使总噪声增加。因此，采用锯齿结构的后缘仍急需改进以达到更好的降噪效果。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有结构的不足，在后缘锯齿结构的基础上提出一种新的改进，引进细长体来耦合锯齿结构，实现抑制后缘噪声的目的。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于锯齿-刷毛耦合结构的后缘噪声抑制方法，在后缘的锯齿结构内通过设置细长体，所述细长体填充在锯齿结构的锯齿间隙内，阻止气流在锯齿侧缘之间上下流动，从而减弱或消除流动分离和涡脱落的产生，并对后缘自由剪切层和湍流边界层产生影响，消耗声波能量，降低噪声。

在上述技术方案中，后缘噪声抑制结构包括仿生对象主体、仿生对象主体的后缘，所述后缘为锯齿结构，其特征在于所述锯齿结构中相邻锯齿的间隙内填充有细长体。

在上述技术方案中，所述锯齿结构的锯齿可以为三角形、长方形、半圆形、波浪形、四面体、棱台、圆锥中的任一一种形状。

在上述技术方案中，所述锯齿结构的锯齿可以为三角形、长方形、半圆形、波浪形、四面体、棱台、圆锥中的任意几种形状的组合。

在上述技术方案中，锯齿结构采用在仿生对象的后缘上一体设置锯齿，细长体通过粘接的方式连接在相邻锯齿的间隙内。

在上述技术方案中，锯齿结构沿着后缘对剖分为两层，两层之间的凹槽用于***细长体。

在上述技术方案中，所述细长体或为规则、或为不规则的毛刷，所述毛刷或为金属丝、或为塑料丝、或为毛毡。

在上述技术方案中，所述细长体完全或部分填满相邻锯齿之间的孔隙，填满的细长体外形与仿生对象主体的后缘外形面保持一致。

在上述技术方案中，所述细长体设置在锯齿内，其长度可以与锯齿尾缘齐平，细长体也可以伸出锯齿尾缘或者缩入尾缘内。

在上述技术方案中，锯齿结构的锯齿根部与锯齿顶部距离不超过仿生对象总长度的25%。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

通过在后缘锯齿结构的基础上引入细长体填充到锯齿的间隙中，既可以降低锯齿根部的厚度，又可以阻止气流在锯齿侧缘之间上下流动，进而减弱或消除流动分离和涡脱落的产生，并对后缘自由剪切层和湍流边界层等产生影响，同时消耗声波能量。这种锯齿-刷毛耦合结构不仅能避免单纯锯齿降噪带来的低频涡脱落噪声，还能在更大的频率范围内降低后缘宽频噪声，在噪声抑制方面具有普遍推广意义。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为单纯锯齿结构的示意图；

图2为锯齿-刷毛耦合结构的示意图；

图3为***式刷毛结构示意图；

图4为锯齿-刷毛耦合结构的噪声抑制示意图；

图中：1-仿生对象；2-单纯锯齿后缘；3-耦合到锯齿的刷毛后缘；4-锯齿上下面之间的刷毛插槽。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本发明用于抑制噪声的结构为锯齿-刷毛耦合结构通常用于飞机机翼、旋转机械叶片等部件的后缘，也可以用于其它结构；锯齿-刷毛耦合结构包括被应用对象主体、锯齿和刷毛耦合后缘两部分，锯齿可以为三角形、长方形、半圆形、波浪形、四面体、棱台、圆锥等各种形状；锯齿主要由锯齿根部与锯齿顶部距离H、相邻锯齿根部或顶部之间距离λ刻画，锯齿根部与锯齿顶部距离H不超过被应用对象总长度（如翼型弦长）的25%，以避免对气动性能和结构强度等产生明显影响。刷毛为规则或不规则的类似毛刷的细长体，材质为金属、塑料或毛毡等，刷毛填充到所有相邻锯齿之间，填充密度可调整，刷毛填充时可填满锯齿根部并与被应用对象的后缘外形面保持一致。

实施例一

如图1和图2所示，锯齿-刷毛耦合结构包括被应用对象（翼形）主体1、锯齿和刷毛耦合后缘两部分。其中，锯齿和刷毛耦合后缘由锯齿2和刷毛3组合而成。锯齿2为直接切割到翼型主体1中的棱台，锯齿2的特征可由锯齿根部与锯齿顶部距离H、相邻锯齿顶部之间距离λ刻画，本实施例中H取为被应用对象翼型弦长的10%，以避免对翼型气动性能和结构强度等产生明显影响。

实施例二

如图3所示，锯齿-刷毛耦合结构包括被应用对象（翼形）主体1、锯齿和刷毛耦合后缘两部分。其中，锯齿和刷毛耦合后缘由锯齿2和刷毛3组合而成，锯齿采用在主体的后缘端部沿着轴面进行切割开槽，使得后缘分为上下两层锯齿结构；刷毛3为在金属平板上切割出的规则细长体，其根部仍为平板的一段并将规则的刷毛细长体联为一个整体，并通过锯齿上下面之间的插槽4***锯齿2中形成锯齿-刷毛耦合结构，插槽4的深度使得刷毛3的尾缘安装到位后与锯齿2的尾缘平齐。

图4为锯齿-刷毛耦合结构抑制噪声的示意图，从图中可以看出，单纯锯齿后缘尽管在1-6 kHz的频率范围内对基准后缘产生的宽带噪声有抑制能力，但在800Hz附近带来了明显的低频涡脱落噪声且使10kHz以上频段的高频噪声增加，抵消了后缘锯齿对宽频噪声的抑制效果；而采用锯齿-刷毛耦合后缘后，不但具有与单纯锯齿后缘相似的中间频段噪声抑制能力，还使中低频噪声和高频噪声均有所降低，能在更大的频率范围内降低后缘宽频噪声。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种基于锯齿-刷毛耦合结构的后缘噪声抑制方法，其特征在于：在后缘的锯齿结构内通过设置细长体，所述细长体填充在锯齿结构的锯齿间隙内，阻止气流在锯齿侧缘之间上下流动，从而减弱或消除流动分离和涡脱落的产生，并对后缘自由剪切层和湍流边界层产生影响，消耗声波能量，降低噪声。

2.一种适用于权利要求1的后缘噪声抑制结构，包括仿生对象主体、仿生对象主体的后缘，所述后缘为锯齿结构，其特征在于所述锯齿结构中相邻锯齿的间隙内填充有细长体。

3.根据权利要求2所述的后缘噪声抑制结构，其特征在于所述锯齿结构的锯齿可以为三角形、长方形、半圆形、波浪形、四面体、棱台、圆锥中的任一一种形状。

4.根据权利要求3所述的后缘噪声抑制结构，其特征在于所述锯齿结构的锯齿可以为三角形、长方形、半圆形、波浪形、四面体、棱台、圆锥中的任意几种形状的组合。

5.根据权利要求2-4任一所述的后缘噪声抑制结构，其特征在于锯齿结构采用在仿生对象的后缘上一体设置锯齿，细长体通过粘接的方式连接在相邻锯齿的间隙内。

6.根据权利要求2-4任一所述的后缘噪声抑制结构，其特征在于锯齿结构沿着后缘对剖分为两层，两层之间的凹槽用于***细长体。

7.根据权利要求1或2所述的后缘噪声抑制结构，其特征在于所述细长体或为规则、或为不规则的毛刷，所述毛刷或为金属丝、或为塑料丝、或为毛毡。

8.根据权利要求2所述的后缘噪声抑制结构，其特征在于所述细长体完全或部分填满相邻锯齿之间的孔隙，填满的细长体外形与仿生对象主体的后缘外形面保持一致。

9.根据权利要求8所述的后缘噪声抑制结构，其特征在于所述细长体设置在锯齿内，其长度可以与锯齿尾缘齐平，细长体也可以伸出锯齿尾缘或者缩入尾缘内。

10.根据权利要求1所述的后缘噪声抑制结构，其特征在于锯齿结构的锯齿根部与锯齿顶部距离不超过仿生对象总长度的25%。