Page 106 - 现代航空维修理论及应用研究

Research on Modern Aviation Maintenance Theory and Application
现代航空维修理论及应用研究

腔口剪切层间接诱导的声共振是产生空腔流致噪声的另一重要原因。一种声
共振是由空腔内部的驻波产生的，其频率一般相对较高，对应的波长与空腔尺寸
在一个量级上或者更小。由于腔口的剪切层内湍流扰动作为一个随机噪声源存在，

所产生的噪声本来是宽频的，但在空腔这个半封闭空间中，只有接近空腔固有频
率（即声模态）的噪声才能在驻波的作用下被最大程度地加强，这便形成了单频
声共振噪声。以方腔为例，这样的驻波会根据空腔的几何结构在深度、流向、展
向方向上形成，且频率与风速无关，因此可以被视为空腔的固有频率。还有一种

典型声共振是亥姆霍兹（Helmholtz）共振，又叫 Helmholtz 共振器，由腔体内“质
量 + 弹簧”振动系统产生。这其中“质量”为孔口后缘位置的不稳定质量脉动，“弹
簧”则为腔体内可压缩空气。经典 Helmholtz 共振器是具有单一较小开口的刚性
壁腔体，腔体内流体可压缩。对于低频声波入射，腔内流体的非定常压力在空间

上可近似视作均匀的，开口处流体可视为活塞。Helmholtz 共振器具有固有频率，
在该频率附近，开口处微小的压力扰动就会在开口处引起很大的速度脉动，进而
在腔体内产生很大的压力波动。
当空腔自激振荡和声共振 2 种现象各自的某个模态对应频率相互接近时，会

产生很强的耦合振荡，并产生一个频率介于各自模态之间的加强峰值，即“锁频
（Lockon）”现象。Rockwell 等、北京航空航天大学的刘沛清团队对此开展了大
量研究工作在马赫数介于 0.19~0.23 之间时，第Ⅱ阶 Rossiter 模态与深度模态的
交接处的离散峰尤其强。这属于深腔中典型的锁频效应，由于 Rossiter 模态与声

共振 I 阶深度模态的耦合作用，不仅是耦合以后产生的离散峰被很大程度上加强，
而且耦合的频率也是介于二者之间的。由上可知，空腔绕流在起落架噪声，特别
是纯音噪声产生方面发挥着较大作用，因此是起落架噪声控制领域的重点。
（3）湍流边界层噪声

湍流边界层噪声是包括液体、气体在内的流致噪声领域广泛存在的一种噪声
类型。物体表面边界层由层流状态发展为湍流状态，湍流中随机性和拟序结构运
动的规律性相互叠加，导致流体的各种物理参数（如速度、压力和温度等）随时
空近乎随机变化。湍流物理参数的这种脉动，特别是表面脉动压力，是诱发湍流

边界层噪声的首要原因。在马赫数较小的情况下（符合等熵条件），壁面脉动压
力的控制方程可近似为声学波动方程，其源项为壁面边界层内的流动涡结构，壁
面脉动压力项与边界层流动涡结构之间以声学格林函数建立联系，通过对整个流

98