Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Phát xạ tiếng ồn tự phát của cánh máy bay chịu tác động của góc phẳng răng cưa
Tóm tắt
Ngoài việc nghiên cứu phản ứng âm học khí động lực học của cánh máy bay không đối xứng chịu tác động của các góc phẳng răng cưa từ âm (góc phẳng xuống) đến dương (góc phẳng lên), bài báo này cũng cung cấp một góc nhìn mới về cơ chế vật lý để giảm tiếng ồn băng thông rộng thông qua một bề mặt rìa răng cưa. Hiệu ứng tải cánh, phụ thuộc vào chiều dài và góc phẳng đối với một tấm phẳng/bề mặt rìa không răng cưa, đóng vai trò đáng kể trong việc phát tán tiếng ồn tự phát mà trước đây ít được công nhận. Khi tấm phẳng của bề mặt rìa này được cắt thành hình răng cưa, việc giảm tiếng ồn tự phát sẽ được hỗ trợ đồng thời bởi cả hai hiệu ứng: hiệu ứng răng cưa (chi phối) và hiệu ứng tải cánh. Các kết quả cho thấy rằng sự phát xạ tiếng ồn từ xa của một cánh máy bay rìa răng cưa có thể được điều chỉnh một cách đáng kể tùy thuộc vào hướng của góc phẳng. Trong cấu hình phẳng xuống, tải cánh sẽ trở thành một yếu tố tiêu cực dẫn đến suy giảm hiệu suất giảm tiếng ồn trên toàn bộ dải tần số. Trong cấu hình phẳng lên, có thể xác định ba vùng tần số quang phổ. Tại vùng tần số thấp, dòng chéo giảm tại các khoảng cách răng cưa sẽ cản trở khả năng giảm tiếng ồn. Tại vùng tần số trung, sự phân bố lại của các nguồn nhiễu loạn và sự giảm chiều dài tầm ngang của nhiễu loạn sẽ tăng cường hiệu suất giảm tiếng ồn. Cải thiện hiệu suất tiếng ồn cũng có thể đạt được ở vùng tần số cao nhờ sự thiếu tương tác giữa dòng chéo và cấu trúc răng cưa. Một khái niệm mới được chứng minh tích cực bằng cách thay đổi góc phẳng răng cưa như một hàm tuần hoàn theo chiều tầm ngang (răng cưa sóng theo chiều ngang). Khi so sánh với bề mặt rìa răng cưa không có phẳng, răng cưa sóng theo chiều ngang được phát hiện làm gia tăng thêm mức độ giảm tiếng ồn giữa các vùng tần số trung và cao.
Từ khóa
#tiếng ồn tự phát #cánh máy bay #giảm tiếng ồn #băng thông rộng #rìa răng cưa #góc phẳng #răng cưa sóngTài liệu tham khảo
Acre León C, Ragni D, Pröbsting S, Scarano F (2016) Flow topology and acoustic emissions of trailing edge serrations at incidence. Exp Fluids 57(5):1. https://doi.org/10.1007/s00348-016-2181-1
Amiet RK (1976) Noise due to turbulent flow past a trailing edge. J Sound Vib 47(3):387. https://doi.org/10.1016/0022-460X(76)90948-2
Avallone F, Pröbsting S, Ragni D (2016) Three-dimensional flow field over a trailing-edge serration and implications on broadband noise. Phys Fluids 28(11):117101
Blake WK (1986) Mechanics of Flow-Induced Sound and Vibration, Volume II: Complex Flow-Structure Interaction, 2nd edn. Academic Press. https://www.elsevier.com/books/mechanics-of-flow-induced-sound-and-vibration-volume-2/blake/978-0-12-809274-3
Chong TP, Vathylakis A (2015) On the aeroacoustic and flow structures developed on a flat plate with a serrated sawtooth trailing edge. J Sound Vib 354:65. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2015.05.019
Chong TP, Vathylakis A, Joseph PF, Gruber M (2013) Self-noise produced by an airfoil with nonflat plate trailing-edge serrations. AIAA J 51(11):2665. https://doi.org/10.2514/1.J052344
Chong TP, Biedermann T, Koster O, Hasheminejad SM (2018) On the Effect of Leading Edge Serrations on Aerofoil Noise Production. In: 24th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference, AIAA Paper No. 2018-3289. https://doi.org/10.2514/6.2018-3289
Dassen T, Parchen R, Bruggeman J, Hagg F (1996) Results of a wind tunnel study on the reduction of airfoil self-noise by the application of serrated blade trailing edges. In: Proceedings of the European Wind Energy Conference, NLR-TP-1996-350, pp. 800–803. http://hdl.handle.net/10921/1359
Garcia Sagrado AP (2008) Boundary layer and trailing edge noise sources. Ph.D. thesis, University of Cambridge. https://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.612074
Gruber M (2012) Airfoil noise reduction by edge treatments. Phd thesis, University of Southampton. https://eprints.soton.ac.uk/349012/
Gruber M, Joseph PF, Chong TP (2011) On the mechanisms of serrated airfoil trailing edge noise reduction. In: 17th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference, AIAA Paper No. 2011-2781. https://doi.org/10.2514/6.2011-2781
Head MR, Bandyopadhyay P (1981) New aspects of turbulent boundary-layer structure. J Fluid Mech 107:297–338. https://doi.org/10.1017/S0022112081001791
Howe M (1991) Aerodynamic noise of a serrated trailing edge. J Fluids Struct 5(1):33. https://doi.org/10.1016/0889-9746(91)80010-B
Hurault J, Gupta A, Sloth E, Nielsen N, Borgoltz A, Ravetta P (2015) Aeroacoustic wind tunnel experiment for serrated design optimisation and its application to a wind turbine rotor. Int Meet Wind Turbine Noise 39:651–660. https://doi.org/10.1260/0309-524x.39.6.651
Jones LE, Sandberg RD (2012) Acoustic and hydrodynamic analysis of the flow around an aerofoil with trailing-edge serrations. J Fluid Mech 706:295–322. https://doi.org/10.1017/jfm.2012.254
Kim HT, Kline SJ, Reynolds WC (1971) The production of turbulence near a smooth wall in a turbulent boundary layer. J Fluid Mech 50(1):133–160. https://doi.org/10.1017/S0022112071002490
Kline SJ, Reynolds WC, Schraub FA, Runstadler PW (1967) The structure of turbulent boundary layers. J Fluid Mech 30(4):741–773. https://doi.org/10.1017/S0022112067001740
Liu Q, Miao W, Li C, Hao W, Zhu H, Deng Y (2019) Effects of trailing-edge movable flap on aerodynamic performance and noise characteristics of VAWT. Energy 189:116271. https://doi.org/10.1016/j.energy.2019.116271
Moreau DJ, Doolan CJ (2013) Noise-reduction mechanism of a flat-plate serrated trailing edge. AIAA J. 51:2513. https://doi.org/10.2514/1.J052436
Moreau S, Laffay P, Idier A, Atalla N (2016) Several noise controls of the trailing-edge noise of a Controlled-Diffusion airfoil. In: \(22^{\rm nd}\) AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference Lyon, France, AIAA 2016-2816 paper. https://doi.org/10.2514/6.2016-2816
Oerlemans S, Fisher M, Maeder T, Kogler K (2009) Reduction of wind turbine noise using optimized airfoils and trailing-edge serrations. AIAA J 47(6):1470. https://doi.org/10.2514/1.38888
Vathylakis A, Chong TP, Paruchuri C, Joseph P (2016) Sensitivity of aerofoil self-noise reductions to serration flap angles. In: 22nd AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference, AIAA Paper No. 2016-2837. https://doi.org/10.2514/6.2016-2837
Woodhead PC, Chong TP, Wissink J (2017) Exploiting the Misalignment of the Serrated Trailing Edge for Improved Aerofoil Broadband Noise Reduction. In: 23rd AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference, AIAA Paper No. 2017-4175. https://doi.org/10.2514/6.2017-4175. https://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/6.2017-4175
Zhou P, Liu Q, Zhong S, Fang Y, Zhang X (2020) A study of the effect of serration shape and flexibility on trailing edge noise. Phys Fluids 32(12):127114. https://doi.org/10.1063/5.0032774