本发明属于风洞实验装置技术领域，特别是涉及一种抑制开口射流风洞远场低频压力脉动的消声室。
背景技术：
低频压力脉动现象是开口射流风洞普遍存在的现象。其典型表现是在特定的试验风速下，风洞射流内及消声室内存在着较强的、近似单频特征的低频压力脉动。低频压力脉动破坏流场品质，严重影响对试验模型的空气动力学和气动声学测量的准度。为了在开口射流风洞中开展高质量的空气动力学和气动噪声试验研究，控制射流风洞的低频振荡，得到相对稳定的流场和声场测试环境，就显得尤为重要。此外，低频压力脉动引起的流场和洞体结构振荡以及涡-声间的相互作用都会造成能量损失，因此消弱或抑制低频压力脉动，对节约能源、提高开口射流风洞能量利用效率也具有积极意义。低频压力脉动现象也普遍存在于3/4开口的汽车风洞中，是风洞设计和建设阶段就需着重解决的难点之一。
目前国内外低频压力脉动控制措施主要包括收集器结构形状优化和喷口的涡流发生器，罕有关于消声室的几何结构的优化。而现有的开口射流风洞的消声室基本为立方体结构，沿流向的不同横截面的宽度相等，就会造成射流在宽度方向的压力驻波在每个横截面的频率相同，一旦该频率与消声室固有频率一致，就会发生强烈的结构共振，该振动造成巨大的流体噪音，使整个消声室内低频压力脉动现象严重，严重制约了先进航空器/高速列车/汽车等对高精度、高质量测试结果的需求。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明提出了一种抑制开口射流风洞远场低频压力脉动的消声室，能够避免或尽可能地最小化压力驻波共振，进而大幅度降低风洞消声室远场低频压力脉动；便于现有风洞消声室的二次改造。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种抑制开口射流风洞远场低频压力脉动的消声室，包括前侧壁、后侧壁、顶壁、底壁、左端侧壁和右端侧壁，所述底壁布设在水平面上，所述前侧壁、后侧壁、左端侧壁和右端侧壁均垂直设置在底壁上，且前侧壁、右端侧壁、后侧壁和左端侧壁依次首尾相连围成周壁，所述顶壁水平覆盖在所述前侧壁、后侧壁、左端侧壁和右端侧的顶部；所述前侧壁和后侧壁均相对于右端侧壁形成倾角，从而构成左端小并逐步向右端扩大的空间结构，沿气流方向所述空间结构不同横截面的宽度由小逐步扩大。
进一步的是，在所述前侧壁、后侧壁、顶壁、底壁、左端侧壁和右端侧壁的内侧均敷设有消声板；增强消音效果。
进一步的是，所述倾角包括前侧壁与右端侧壁在水平方向上形成倾角α1和后侧壁与右端侧壁在水平方向上形成倾角α2；其中，0°<α1≤45°；0°<α2≤45°，α1≠α2或α1＝α2；保证消声室内构成左端小并逐步向右端扩大的空间结构，从而实现风洞消声室远场低频压力脉动的大幅度降低。
进一步的是，所述左端侧壁穿过有喷口，所述右端侧壁穿过有收集器，所述试验件置于消声室内；由喷口进入气流对试验件进行实验后，气流由收集器排出；使消声室内沿气流方向所述空间结构不同横截面的宽度由小逐步扩大；保证了风洞实验过程中的消声效果，大幅度降低风洞消声室远场低频压力脉动。
采用本技术方案的有益效果：
本发明能够避免或尽可能地最小化压力驻波共振，进而大幅度降低风洞消声室远场低频压力脉动；能够获得稳定的流场和声场测试环境，使得在开口射流风洞中开展高质量的空气动力学和气动噪声试验研究；从而节约能源、提高开口射流风洞能量利用效率，能够获得高精度、高质量的测试结果；
本发明对现有风洞消声室进行改造时，只需要改造宽度方向的两个侧面，能够以较小的改造变动达到良好的噪声控制效果；能够适用于对现有风洞消声室的二次改造，改造过程便利，改造后消声效果好。
附图说明
图1为本发明的一种抑制开口射流风洞远场低频压力脉动的消声室的顶视图；
图2为本发明的一种抑制开口射流风洞远场低频压力脉动的消声室的正视图；
图3为本发明的一种抑制开口射流风洞远场低频压力脉动的消声室的左视视图；
图4为本发明的一种抑制开口射流风洞远场低频压力脉动的消声室的右视视图；
图5为本发明实施例中实验1的远场压力脉动时域信号的实验结果图；
图6为本发明实施例中实验1的远场压力脉动频域信号的实验结果图；
图7为本发明实施例中实验2的远场压力脉动时域信号的实验结果图；
图8为本发明实施例中实验2的远场压力脉动频域信号的实验结果图；
图9为本发明实施例中实验3的远场压力脉动时域信号的实验结果图；
图10为本发明实施例中实验3的远场压力脉动频域信号的实验结果图；
其中，1是前侧壁、2是后侧壁、3是顶壁、4是底壁、5是左端侧壁、6是右端侧壁、7是喷口、8是收集器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步阐述。
在本实施例中，如图1-4所示，一种抑制开口射流风洞远场低频压力脉动的消声室，包括前侧壁1、后侧壁2、顶壁3、底壁4、左端侧壁5和右端侧壁6，所述底壁4布设在水平面上，所述前侧壁1、后侧壁2、左端侧壁5和右端侧壁6均垂直设置在底壁4上，且前侧壁1、右端侧壁6、后侧壁2和左端侧壁5依次首尾相连围成周壁，所述顶壁3水平覆盖在所述前侧壁1、后侧壁2、左端侧壁5和右端侧的顶部；所述前侧壁1和后侧壁2均相对于右端侧壁6形成倾角，从而构成左端小并逐步向右端扩大的空间结构，沿气流方向所述空间结构不同横截面的宽度由小逐步扩大。
本发明提出的风洞消声室，所述左端侧壁5穿过有喷口7，所述右端侧壁6穿过有收集器8，所述试验件置于消声室内；由喷口7进入气流对试验件进行实验后，气流由收集器8排出；使消声室内沿气流方向所述空间结构不同横截面的宽度由小逐步扩大；保证了风洞实验过程中的消声效果，大幅度降低风洞消声室远场低频压力脉动。试验时气流从喷口7喷出，经过射流试验段，进入收集器8。
本实施例中，坐标轴定义：原点位于喷口7的几何中点；x向为长度方向，指向收集器8顺气流为正方向；y向为高度方向，向上为正方向；z向为宽度方向，与x、y符合右手法则。
现有的消声室相邻3个面相互垂直，宽度方向的2个侧面相对于中心面xy面对称或非对称地相互平行，即宽度方向同一侧面不同x对应的z值相同。
本发明提出了一种新型的开口射流风洞消声室，该消声室相邻的3个面：y向的面分别于x和z向的面垂直，z向的面与x向的面不垂直，即z向的面倾斜了一定角度。也就是说，宽度方向的2个侧面与中心面xy面不再平行，呈一定倾角，即宽度方向同一侧面不同x对应的z值不同。本发明提出的消声室避免了射流在宽度方向的压力驻波的频率与消声室固有频率一致，不会造成强烈的结构共振，抑制了整个消声室内的远场低频压力脉动。
基于上述实施例，对本发明提出的消声室和现有消声室进行了大量系统的计算流体力学数值模拟，验证了倾斜消声室对开口射流风洞远场低频压力脉动的抑制效果。
实验结果如图5-图10所述：在图中分别给出了与试验段中心试验件的安装位置x＝5m,y＝z＝0不同z向距离的脉动压力结果；即相同x、y，不同z位置的远场脉动压力的时域和频域对比结果。
实验1：如图5和图6，x＝5m,y＝0,z＝5.5m，远场压力脉动时域信号，远场压力脉动频域信号；
实验2：如图7和图8，x＝5m,y＝0,z＝7.95m，远场压力脉动时域信号，远场压力脉动频域信号；
实验3：如图9和图10，x＝5m,y＝0,z＝10.8m，远场压力脉动时域信号，远场压力脉动频域信号。
图5-图10中，实线和虚线分别代表现有消声室和倾斜侧面消声室的脉动压力随时间的变化和对应的功率谱；由图5-图10可见，与现有消声室对比，本发明提出的倾斜侧面消声室的脉动压力明显减弱，平均降幅达50％，对于大幅度降低风洞消声室远场低频压力脉动具有较好的效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。