科研成果科普

按照国家自然科学基金委要求，对受资助近期部分项目向社会公布研究成果并做科普宣传。

基于湍流结构的泵喷推进系统流动噪声关键物理机制及控制方法研究，2018-2022，NSFC 91852201

研究目的

泵喷推进系统是水中新型推进装置，被用于国内外所有下一代战略核潜艇中，是潜艇在高速运动中的最主要噪声源。具体噪声来源如下：（1）来自艇身的湍流结构吸入螺旋桨自发声；（2）来自艇身的湍流结构吸入螺旋桨诱发脉动推力和艇身耦合后诱发艇体发声；（3）螺旋桨自发空泡噪声。本项目聚焦上述（1）-（2），凝练并针对其中最核心的科学问题，在理论、计算、实验三个方面开展了系统研究，研究成果简述如下。
  1. 理论研究上，原创提出一个理论模型，能解释湍流吸入螺旋桨发声中的核心物理现象（“干草垛”和蓝移）；从FWH声比拟理论出发给出了螺旋桨问题中近场气动声源的一个近似理论解；
  2. 实验技术上，原创提出高分辨流动噪声成像实验技术；针对国内最大型水槽实际约束发展了一套从脉动力测试到远场噪声预测的实验技术；
  3. 降噪方法上，系统发展了数值计算模型和实验模型，探索了四类流动控制策略，初步得出的实验结果排除了其中三类控制策略，给出后续研究方向应聚焦到围壳的大尺度流动结构控制上；
  4. 学术影响上，在本项目资助下发表一系列高影响学术论文，包括1篇国家科学评论（IF>17）、1篇Progress in Aerospace Sciences（IF>9）、1篇Journal of Fluid Mechanics封面论文等，提高了我们在本领域的国际学术影响力。
    低频流动噪声源成像新方法。

本项目代表性研究成果

  1. W. Q. Chen, S. Y. Zhong and Xun Huang*, “Extended-Resolution Acoustic Imaging of Low-Frequency Wave Sources by Acoustic Analogy based Tomography”, Journal of Fluid Mechanics, Vol. 899, 2020, pp. A12 (1-19). Cover feature article.
  2. I. D. Abrahams, Xun Huang, A. Kisil, G. Mishuris*, M. Nieves, S. Rogosin and I. Spitkovsky, “Reinvigorating the Wiener-Hopf Technique by Developing Greater Insight into the Modelling of Processes and Materials”, National Science Review, Vol. 8, No. 2, 2021, pp. nwaa225(1-3).
  3. Z. Y. Xiong, W. Rui, L. Z. Lu, G. P. Zhang and Xun Huang*, “Experimental Investigation of Broadband Thrust and Loading Noise from Pumpjet due to Turbulence Ingestion”, Ocean Engineering, Vol. 255, 2022, pp. 111408 (1-13).

航空发动机叶轮机械气动噪声场阵列成像技术的关键理论和实验研究，2018-2021，NSFC 11772005

研究目的

现代民用航空发动机基本是涡扇发动机，特征是有巨大的风扇，就是大家登机前一眼看到的带个转圈圈的大风扇。 而整个飞行过程中的主要噪声源就来自这个风扇，特别是有些飞机刚起飞的时候能够听到的尖锐的呜呜声就来自风扇叶尖的激波。图1是我们的理论模型预测的风扇噪声动画，可以看出声音呈现空间模态特征，且随着叶片旋转，同时用于发动机壁面的周向不均匀性，会在空间形成丰富的特征。发展实验技术就是为了能够揭示这些丰富的模态信息，及其通过吸声材料后的变化。因此，实验技术能够帮助了解航空发动机声源的特性，同时又能够帮助评估和指导降噪设计，具有重要的应用价值。
    航空发动机风扇噪声传播的建模结果动画。

本项目代表性研究成果

  1. H. X. Bu, Xun Huang* and X. Zhang*, “An Overview of Testing Methods for Aeroengine Fan Noise”, Progress in Aerospace Sciences, Vol. 124, 2021, pp. 100722(1–29).
  2. Xun Huang, “Deep Neural Networks for Waves Assisted by the Wiener–Hopf Method”, Proceedings of the Royal Society A, Vol. 476, 2020, pp. 20190846(1-22).
  3. J. F. Wu, O. Stalnov, W. Q. Chen*, Z. D. Yang, and Xun Huang, “Transient Analysis of Blade-Vortex Interaction Noise”, Aerospace Science and Technology, Vol. 120, 2022, pp. 107294(1–12).