Page 103 - 现代航空维修理论及应用研究

第三章 起落架结构性能

权重可达 30% 以上；第二，声学特征包含大量宽频噪声，频率覆盖范围广；第三，
伴随有明显单频噪声产生，严重危害人耳听力；第四，尾流可与后方机体噪声部
件作用，发生涡—固干扰，形成二次声源。起落架是不同复杂噪声源的集合体，

其噪声产生机理囊括了气动噪声领域的多种基本成因，如钝体绕流噪声、空腔噪
声、湍流边界层噪声、涡—固干扰噪声等。
（1）钝体绕流噪声
在流体力学和气动声学的探索过程中，钝体绕流现象一直是重要的研究问题

之一。钝体指外形为非流线形，当流体流经其表面时会发生流动分离现象的这样
一类物体。起落架的绝大多数部件都具有钝体特征，这也是起落架产生大量气动
噪声的主要原因之一。圆柱绕流是一种典型的钝体绕流现象。来流流过圆柱结构
表面时会发生流动分离，在尾流区域形成不同状态的涡结构，而状态规律主要受

雷诺数大小决定，一般分为周期性的大尺度涡街状态和不同尺度涡形成的湍流状
态。当周期性的涡街结构（如卡门涡街）形成时，会引起圆柱表面环量变化，进
而产生周期性或准周期性载荷作用，最终向外辐射出单频噪声；当为湍流状态时，
流动涡对圆柱的作用机理与第一种状态相同，但此时尾流中各种涡尺度不同、频

率各异，因此最终向外辐射的噪声主要呈现出宽频特征。
具体的说，如图 3-4 所示，Rd 为以圆柱直径为特征尺度的雷诺数。当 Rd ＜ 3
时流动不会分离，且流场呈现完全层流状态（Stokesflow）。当 3 ＜ Rd ＜ 55，
圆柱后侧会形成一些分布固定的旋涡，但尾迹仍为层流，流场较为稳定（Stable）。

当 55 ＜ Rd ＜ 65，圆柱旋涡结构尾迹出现明显剪切层流动，但不能形成周期性
涡流，主要特征仍为层流（Laminar）。当 65 ＜ Rd ＜ 400 时，圆柱后方旋涡变
大并出现交替脱落的现象；这个过程持续进行后，尾迹形成 2 排周期性摆动与
交错的旋涡，即为卡门涡街；这些旋涡规则分布，且具有层流核心（Regular，
5
laminar cores）。当 400 ＜ Rd ＜ 2×10 ，旋涡会出现自层流转捩为湍流的现象，
此时被称作亚临界区（Subcritical），即圆柱表面仍为层流边界层分离，但尾流出
5
现湍流旋涡（Turbulent cores）；当 Rd ＞ 5×10 时，即为超临界区（Supercritical），
圆柱表面边界层完全为湍流并发生湍流分离，这种情况下尾迹周期性涡旋结构不

再明显。由此可知，即使是钝体绕流中最简单的圆柱绕流现象，流场结构也十分
复杂，且与雷诺数紧密相关。与此同时，不同流场特征，如涡街、层流边界层分
离、湍流边界层分离等，也会伴随产生不一样的气动噪声特性。因此，钝体绕流

95