一种具有前缘仿生降噪构型的风洞试验段模型支架结构

本发明涉及风洞试验段降噪技术领域，具体涉及一种具有前缘仿生降噪构型的风洞试验段模型支架结构。

背景技术：

由于要满足支撑模型的需要，在风洞试验段安装有模型支架。洞体内高速气流流经模型支架表面时会产生气动噪声，这些气动噪声是风洞背景噪声的重要组成部分。过高的背景噪声会严重影响采集数据的准确性，同时激起模型和支架的抖振响应，造成结构疲劳损伤，更对风洞的操作控制系统、近场操作人员造成损伤性影响。因此，降低模型支架噪声显得尤为必要，但与此同时，降低模型支架的噪声也是风洞试验段设计建设的重点和难点。

目前，国内外对于风洞试验段模型支架噪声的控制均投入了大量研究，如通过改变支架的材料参数、几何参数和迎角，添加约束阻尼等措施优化模型支架，并均取得了一定的效果。但这些技术对于模型支架的噪声控制并不理想，弯刀前缘处的湍流强度和辐射噪声仍然很大。因此，需设计一种可有效降低风洞背景噪声的模型支架结构，以适应风洞技术发展的新形势，提高风洞声学性能。

现有风洞试验段的模型支架结构，存在以下缺陷：

(1)在未与10°锥相连的弯刀前缘处，阻抗由流体域突变为固体域，会产生较大的前缘噪声。弯刀前缘处在噪声传播路径上没有有效的降噪措施，该位置的湍流强度和辐射噪声很大，使得弯刀产生的噪声大量传至试验段内部，从而使风洞试验段的背景噪声没有得到有效抑制；

(2)风洞试验段模型支架的湍流噪声源机理复杂，噪声辐射与湍流、非定常流等复杂流体力学问题相互交织、互相影响，使得对模型支架噪声的控制非常困难。

近年来仿生学流动在气动噪声控制领域应用愈加广泛。关于翼型边缘仿生降噪技术，通过国内外众多学者的研究，从实验发展到使用，已趋于成熟。通过对该降噪技术的学习，在风洞试验段中利用波浪形前缘降噪技术和仿生学前缘及尾缘锯齿降噪技术对模型支架进行优化，从而提高风洞声学性能。

技术实现要素：

为了解决以上问题，本发明提供一种具有前缘仿生降噪构型的风洞试验段模型支架结构，该结构能够实现气流在弯刀前缘从流体域到固体域的较为平稳的过渡，减小非定常脉动压力，降低前缘干涉噪声；同时该结构能够增强了边界层内的动量交换，影响模型支架尾缘表面层流边界层的稳定性，削弱甚至能完全破坏声学反馈回路，有效抑制尾缘自噪声，从而显著改善风洞试验段内部的流场环境。

为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：

一种具有前缘仿生降噪构型的风洞试验段模型支架结构，其特征在于：从气流上游至下游依次包括模型支架的10°锥和与10°锥紧连的弯刀。

弯刀结构前缘部分具有一定的锲度，剩余部分厚度相等。弯刀呈光滑的流线型，并且关于10°锥轴线镜像对称；弯刀结构与10°锥紧密相连；弯刀前缘未与10°锥连接的部分设计有前缘仿生降噪构型。

所述的具有前缘仿生降噪构型的风洞试验段模型支架结构，其特征在于：弯刀呈光滑的流线型，并且关于10°锥轴线镜像对称；弯刀未与10°锥相连的前缘部分根据实际情况设计波浪形或锯齿形构型；弯刀其余部分厚度相等。

所述的具有前缘仿生降噪构型的风洞试验段模型支架结构，其特征在于：将风洞试验段模型支架弯刀前缘设计为锯齿形有两种方式，包括嵌入式前缘锯齿和切开式前缘锯齿。其中嵌入式的锯齿形前缘是在模型支架弯刀前缘增加一个锯齿形前缘，并嵌入到原来的弯刀结构中。切开式锯齿形前缘是通过对模型支架弯刀的前缘直接切割，从而构成锯齿形前缘结构。

所述的具有前缘仿生降噪构型的风洞试验段模型支架结构，其特征在于：将风洞试验段模型支架弯刀前缘设计为波浪形或锯齿形结构，可以有效降低模型支架前缘干涉噪声和尾缘自噪声。由于支架前缘的波浪形状使得支架不同位置对来流湍流的响应时间不一致，相位不同，引起支架结构表面压力脉动减小，从而降低前缘干涉噪声。模型支架尾缘处由于表面层流边界层的不稳定性产生涡脱落噪声，进而产生尾缘自噪声。弯刀前缘波浪形结构增强了弯刀表面层流边界层内的动量交换，影响了边界层的稳定性，削弱甚至完全破坏了声学反馈回路，抑制了尾缘自噪声。

所述的具有前缘仿生降噪构型的风洞试验段模型支架结构，其特征在于：结构简单，加工方便，价格低廉；可直接对已有风洞试验段模型支架进行改造，提高了改造的经济性，且适用于不同型号参数的风洞设备，适配性强。

所述的具有前缘仿生降噪构型的风洞试验段模型支架结构，其特征在于：模型支架弯刀锯齿形前缘结构的锯齿间距l＝0.05h和锯齿深度h＝0.025w。其中，h为弯刀锲度的高度，w为弯刀的宽度，如图4(c)所示。

本发明的一种具有前缘仿生降噪构型的风洞试验段模型支架结构，主要优点：

本发明的一种具有前缘仿生降噪构型的风洞试验段模型支架结构，不仅能从声传播路径上减少噪声的传递，还从噪声源处减少噪声，在起到双重降噪作用的同时，还未增加风洞试验段的占地空间，极大地改善了风洞的试验环境，使得风洞试验段内的声学性能更佳。

风洞试验段模型支架弯刀前缘设计为锯齿形结构或波浪形结构，设计在风洞试验段内部有限的空间范围内，不占用额外空间；模型支架结构整体曲线呈对称的光滑流线型；弯刀前缘结构采用锯齿形或波浪形时，能够在抑制弯刀前缘干涉噪声的同时抑制弯刀尾缘自噪声，有效降低了风洞试验段背景噪声，提高了实验的准确性。

本发明的一种具有前缘仿生降噪构型的风洞试验段模型支架结构利用光滑流线、仿生学前缘锯齿降噪技术、仿生学前缘波浪降噪技术等一系列措施，在不增加风洞试验段空间尺寸的前提下，可抑制弯刀前缘干涉噪声和尾缘自噪声的产生，优化风洞试验段内流场特性，达到了风洞试验段气动性能提高和噪声减小的双重目标，真正实现了风洞试验环境的改善。

附图说明

图1为本发明的三维结构示意图；

图2为本发明正视、侧视和俯视状态下的平面结构示意图；

图3为本发明在风洞中所处位置示意图；

图4(a)、图4(b)和图4(c)分别为本发明弯刀前缘形状为锯齿形、波浪形示意图和锯齿间距l和锯齿深度h的示意图；

其中，1-10°锥，2-弯刀，3-1-弯刀前缘上部分，3-2-弯刀前缘下部分，4-收缩段，5-试验段，6-扩压段，7-模型支架，8-弯刀前缘(锯齿形前缘)，9-弯刀前缘(波浪形前缘)。

具体实施方式

下面结合具体实施例进行说明，实施例不构成对本发明的限制：

本实施例中采用本发明提出的一种具有前缘仿生降噪构型的风洞试验段模型支架结构进行风洞试验段模型支架结构降噪过程的工作方式描述。

参照图1和图2，本实施例中的一种具有前缘仿生降噪构型的风洞试验段模型支架结构从气流上游至下游依次包括模型支架的10°锥1和与10°锥相连的弯刀2。

未与10°锥相连的弯刀前缘上部分3-1和弯刀前缘下部分3-2均为前缘仿生构型，可设计为锯齿形结构8或波浪形结构9，锯齿间距l＝0.05h和锯齿深度h＝0.025w，h为弯刀前缘的垂直高度，w为弯刀的宽度。

本实施例的完成工作过程为：

风洞进行工作时，气流经过收缩段4，进入试验段5；在试验段内，首先流经模型支架7上支撑的试验模型，然后流经10°锥1和弯刀2；接着气流进入风洞扩压段6。未与10°锥相连的弯刀前缘3-1和3-2设计为锯齿形结构8或波浪形结构9，这两种弯刀结构在抑制前缘干涉噪声的同时抑制尾缘自噪声，降低风洞试验段背景噪声，提高风洞声学性能。

本发明给出了一种简易的风洞试验段模型支架前缘仿生降噪构型，但不局限于所述的支架前缘形状的类型和插入方式；根据风动型号参数改变支架前缘形状的类型和插入方式的方法应属于本发明的权力范围。