论文摘要
火箭发动机启动后会产生强烈的气体喷流噪声,是发动机研制过程中的重大污染源,对发动机试验设备的正常运行、测试和参试人员的健康以及试验场内外环境都极为不利。进行火箭发动机地面实验喷流消声方案研究,是一项意义重大的工作。本文分析了三种基本声源特性并进行了比较。火箭发动机试验喷流噪声中的湍流噪声源属于三种声源中的四极子声源,其气流噪声声功率与速度的高次方成正比。致力于降低排气速度,首先对长尾管减速降噪进行了分析,效果不明显,然后对激波减速降噪的机理进行了研究,得到噪声声功率及噪声声功率级与激波角、楔形体半顶角以及波前马赫数的关系。经过编程分析得出:随着激波角的增大,噪声声功率和声功率级减小,在同一变化范围内(即马赫数小于2或大于2)噪声声功率和声功率级随着马赫数的增大而增大。如果气流经过一个楔形体后还是超声速,则应再加上第二个楔形体继续进行激波减速降噪直到气流降为亚声速,之后采用扩压段可以继续降低气流噪声。增大楔形体半顶角可以增大消声量。在消声器内部加上圆管,减速降噪效果比加上楔形体要好,经过楔形体将气流降为亚声速后,再通过扩压管继续减速增压有良好的消声效果。对消声方案进行了实例分析,实例分析的结果和编程分析的结果一致。同样致力于降低排气速度,提出通过加上截面变化的管道做减速降噪消声器。经过编程分析得到出口速度系数、出口马赫数、温度等气流参数和出口面积比的关系。实例分析结果表明气流噪声声功率级随着喉部直径的变小而变小,但是减小的幅度不大。增大出口面积比能大幅度的降低气流噪声声功率级。对小孔喷射消声进行了理论分析。利用小孔将噪声从低频转向人耳不敏感的高频,从声源上进行消声。通过对某卸压阀进行消声方案设计,得到了这种消声器无论在主观上还是客观上都有良好的消声效果。实例分析的结果表明这种消声器总的阻力损失不是很大,保证了消声器内部气流流动的通畅。对消声器进行模态分析得到消声器的固有频率(基本上都处于低频范围)和固有振型。如果个别固有频率接近噪声源的频率,应采取结构灵敏度分析和结构动力修改加以避免,消声器应力和应变集中在消声器入口处,可以采取加厚壳体,改变其刚度等措施来减小应变量。对消声器内部流场进行了仿真分析,得到截面变化加楔形体的结构具有良好的消声性能,冷却计算结果表明水冷通道能够控制材料的温度在使用范围之内。对消声器进行模态分析得到消声器的固有频率(基本上都处于低频范围)和固有振型。通过加厚壳体,改变其刚度等措施可以避免个别固有频率接近噪声源的频率。