蒋永松，董洪瑞，郑文涛，王咏梅

（中国航发沈阳发动机研究所，沈阳110015）

0 引言

随着民用航空发动机涵道比的不断增大，喷流噪声大幅降低，而风扇噪声所占比重却随之增加，因此，风扇噪声的产生机理和传播特性及其控制仍然是民用航空重要的研究内容[1-3]。针对风扇噪声源的控制，最常用的方法是根据“Cut-off”准则[4]选取转子和静子叶片数，减少可传播的声模态。另外降低风扇速度也可有效降低噪声，然而为了减轻风扇设计的难度，风扇速度不可能取得很低，设计时不可避免地会使风扇转子部分叶高处于超声速工况，此时会在叶片前缘或通道内形成激波，并随之产生与激波相关的噪声。

为了研究激波噪声的传播规律，Morfey和Fish⁃er[5]根据弱激波理论，提出了可以预测理想叶栅的1维传播模型，该模型存在大量的简化和假设，并且需要给定激波初始强度；Fisher[6]从弱激波的黎曼方程出发，提出了激波在硬壁管道中传播的时域计算方法（Time Domain Numerical Solution，TDNS）；随后McAl⁃pine和Fisher[7-8]又提出了可以考虑声衬等软壁面影响的频域计算方法（Frequency Domain Numerical So⁃lution，FDNS）。但无论是TDNS还是FDNS，都需要给定初始激波强度，而这又很难精确得到。实际上，计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）已在风扇/压气机领域广泛运用，通过对风扇/压气机进行CFD仿真，可以对其内部流场进行精细解读，详细分析激波产生过程和向上游传播的特征，进而研究激波相关噪声。Prasad[9]就曾对比分析了CFD仿真中使用Navier-Stokes方程和Euler方程在2维和3维算例中捕捉激波的能力。对于风扇转子而言，相对坐标系下静压的周向分布与绝对坐标系下固定观测点的静压脉动存在等价关系，而前传噪声的大小在一定程度上直接取决于风扇前静压的周向分布，因此，可以用定常CFD仿真来分析激波相关噪声[10]。……