由氣流直接產生的振幅和頻率雜亂、統計上無規則的聲音。噴氣式發動機噴出的氣流產生的聲就是一種氣動雜訊。噴氣式飛機的大量出現引起嚴重的氣動雜訊污染,導致瞭對氣動雜訊的認真研究。氣動雜訊伴隨出現脈動聲壓。高速飛機表面湍流邊界層(見邊界層)所發出的雜訊和伴隨而來的脈動聲壓,不但使乘客感到不舒服,還使飛機蒙皮承受疲勞應力,甚至遭到破壞。控制氣動雜訊,已成為設計現代高速飛機和高速氣流設備必須考慮的問題。
英國人M.J.萊特希爾於19952年首先提出關於空氣動力聲的基本理論,並把它應用於亞聲速湍流射流的研究,獲得很好的結果。他所研究的問題是:在原為靜止的無限范圍氣體中的一個有限區域存在湍流時,空氣動力聲的產生和傳播。他將描述氣體運動的質量和動量方程
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(1)
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(2)
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(3)
式中 t為時間; xi為空間坐標; ρ、 vi和 p ij分別為氣體的密度、速度和應力張量; c 0為未擾氣體的 聲速;Δ 為拉普拉斯算符; T ij為萊特希爾湍流應力張量,它的表達式為:Tij=
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在式(3)右邊為已知的條件下,該式為非齊次的波動方程,也就是聲學中描述聲場的方程。利用經典聲學中的解法,可求得該式的解,因而這種理論被相應地稱為聲學比擬理論。
要準確知道Tij,必須解出(2),但這對於一般有實用價值的問題目前做不到,而隻能求出Tij的近似表達式。例如在低速射流中,射流以外的區域Tij=0,在射流內Tij近似等於
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研究氣動噪聲的目的在於找出降低這種噪聲的方法。按照萊特希爾的理論,對亞聲速射流,聲功率Pj與噴管出口處的平均速度的八次方(ῡ8)成正比,而推力隻與ῡ 的平方成正比,因此,如能略微減小ῡ,就可以顯著降低Pj或氣動噪聲。渦輪風扇發動機用略微減小ῡ、犧牲一點推力的方法可以很好地解決氣動噪聲問題。
參考書目
E.J.Richards and D.J.Mead,Noise and AcousticFatigue in Aeronautics,John wiley and sons,London,1968。