风洞试验揭示了未来的航空发动机是如何产生更小噪音的

布里斯托尔大学（University of Bristol）的研究人员通过实验揭示了为什么未来的航空发动机能够产生更小噪音。这项发表在《流体力学杂志》上的研究首次揭示了这些发动机（技术上称为边界层摄入（BLI）管道式风扇）是如何产生和传播噪音的。BLI 风扇类似于现代飞机上的大型发动机，但部分嵌入飞机主体，而不是机翼下。由于风扇从机身前部和表面吸入空气，因此风扇在推动飞机飞行时不必那么费力，从而减少了燃料消耗。

布里斯托尔大学航空声学风洞设施内的边界层摄取（BLI）管道风扇试验台。资料来源：Feroz Ahmed

嵌入式发动机或边界层摄入（BLI）管道风扇中的复杂噪声源图示。资料来源：Feroz Ahmed

这项研究由布里斯托尔大学土木、航空航天和设计工程学院的 Feroz Ahmed 领导，由 Mahdi Azarpeyvand 教授指导，利用了该大学的国家航空声学风洞设施。他们能够识别出源自管道、旋转风扇和流过弯曲机身表面的空气的不同噪声源。

他们发现，噪声模式的变化取决于风扇产生的推力大小。当风扇产生大推力时，他们观察到的噪音模式与没有风道的风扇类似。但当风扇产生的推力较小时，噪音模式就会发生变化，因为风道本身会产生更多的噪音。

航空噪音

艾哈迈德博士说："我们的研究通过揭示这些配置所产生的噪声背后的物理学原理，解决了噪声这一亟待解决的问题，噪声是获得认证的主要障碍。通过了解 BLI 管道风扇的噪声机理，我们希望能够为未来飞机概念中更安静的机身集成推进系统制定工业准则，从大型传统飞机到小型电动垂直起降飞机（称为 eVTOL）。"

贝尔 X-22A、Embraer X、空客 E-fan、Lilium Jet、Green Jet 和 Hybrid Air Vehicle 等项目在为下一代飞机开发这些系统方面处于领先地位。由于大功率电机的进步，这些系统正变得越来越受欢迎。

艾哈迈德博士说："但是，嵌入式管道风扇有一个缺陷--它们的噪音和静音效果仍然是个谜，尤其是当它们从弯曲的机身表面周围吸收气流时。"

安装在弯曲表面旁边的电动管道风扇。图片来源：Feroz Ahmed

"以前对 BLI 配置的研究主要集中在无风道的风扇上，边界层在平坦的机身表面形成。然而，对于在弯曲机身表面周围吸入空气的有管道风扇，还存在知识空白，如 ONERA NOVA、NASA/MITAurora D8 和 Airbus Nautilus 等项目。因此，在这项研究中，我们仔细研究了导致安装在机身曲面上的嵌入式管道风扇产生噪音的各种因素"。

研究人员设计了一个 BLI 试验台，其特点是在弯曲的墙壁旁安装了一个电动管道风扇，复制了在 ONERA NOVA 飞机概念等设计中看到的嵌入式发动机的设置。他们从试验台架上收集不同类型的数据，包括测量风扇的推力输出和产生的噪音量。通过剖析各种噪声源之间复杂的相互作用机制，这个框架帮助揭示了噪声来源的基本物理原理，以及风扇在不同推力水平下工作时噪声是如何变化的。

结论和潜在影响

艾哈迈德博士总结道："随着人们对愉悦的飞行体验和最小的环境影响的需求日益增长，需要更安静的飞机。这项研究在制定减少航空领域噪音排放的战略方面具有潜在的应用价值。此外，我们对揭示 BLI 管道风机噪声贡献的全面调查有可能引导流体力学界的重要研究活动。这反过来又能促进对暴露于各种湍流的管道式风机中的空气声学现象的深入理解和进一步探索。我们的研究揭示了安装在机身曲面上的未来型嵌入式管道风扇是如何产生噪声的，揭示了噪声模式随风扇推力水平的变化而变化，为更安静的下一代飞机设计提供了重要启示"。

编译来源：ScitechDaily