在非定常条件下翼型气动噪声研究新进展

　　风电叶片、无人机螺旋桨、飞机机翼等气动部件引起的气动噪声问题，已引起较多关注。由于结构振动、流动条件变化等因素引起的非定常来流条件在实际的空气动力学应用场景中广泛存在。以往研究多关注定常流动条件下的气动噪声特性及产生机理，关于非定常流动引起的气动噪声时序变化研究较少。中国科学院工程热物理研究所国家能源风电叶片研发（实验）中心与香港科技大学研究团队合作，对非定常来流条件下NACA 0012翼型的气动噪声特性开展了风洞实验研究，并分析其机理。

　　研究通过电机驱动翼型进行俯仰振动来产生非定常来流条件，对振动翼型的远场噪声和尾缘近壁面流场进行测量，并对二者在一个振动周期内的时序特性进行耦合分析。结果发现，在较低雷诺数条件下，发生俯仰振动的翼型在经过某一特定振动相位时发出音调噪声，其频率与该时刻尾缘出现的涡脱落频率一致。该时刻翼型的攻角大于定常来流条件下发出相应频率音调噪声时的翼型攻角，表明非定常来流条件下翼型的噪声特性与其气动力特性一样具有迟滞性。随着振动频率或幅值的增加，涡街结构在到达尾缘前便被破坏成更小尺度的涡结构，导致音调噪声幅值降低。俯仰振动导致的翼型尾缘边界层厚度的周期性变化也会带来中低频段宽频噪声幅值的周期性变化。从时均分析结果来看，与静止状态下相比，翼型发生俯仰振动时，原有音调噪声所在频率的声音能量会下降，而该频率附近的宽频噪声所具有的能量会增加。

　　该研究有助于进一步理解非定常条件下运行的机翼或叶片的气动噪声特性，并为建立该条件下的气动噪声预测模型提供数据和理论支持。该工作的部分研究成果发表在The Journal of the Acoustical Society of America、Physics of Fluids上。

图1.振动过程中翼型噪声频谱时序变化结果

图2.俯仰振动翼型半周期内不同攻角下尾缘附近涡量分布