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近日，振動(dòng)、沖擊、噪聲研究所蔣偉康教授、楊程副教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種新型涵道式低噪聲微型無(wú)人機(jī)，提出了基于精確格林函數(shù)的涵道無(wú)人機(jī)氣動(dòng)噪聲預(yù)測(cè)方法，系統(tǒng)揭示了該類無(wú)人機(jī)的氣動(dòng)噪聲傳播機(jī)制。研究成果“Aeroacoustic Analysis of Ducted Contra-Rotating-Rotor Unmanned Aerial Vehicles in Hover”發(fā)表在AIAA Journal上。博士生趙志恒為論文第一作者，楊程副教授為通訊作者。
當(dāng)前，微型無(wú)人機(jī)構(gòu)型以開(kāi)式構(gòu)型為主，存在安全性低、噪聲污染嚴(yán)重等問(wèn)題。近年相關(guān)研究表明，構(gòu)型無(wú)人機(jī)的氣動(dòng)性能與噪聲性能已趨于物理極限，噪聲控制往往伴隨氣動(dòng)性能損失，二者難以平衡。對(duì)此，研究團(tuán)隊(duì)提出了涵道共軸對(duì)轉(zhuǎn)雙旋翼無(wú)人機(jī)新構(gòu)型，涵道包裹整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)，提高了飛行安全性和螺旋槳效率，并借助涵道的遮蔽效應(yīng)，表現(xiàn)出天然降噪潛力。
針對(duì)這一新式構(gòu)型，傳統(tǒng)基于可穿透積分面的噪聲預(yù)測(cè)方法存在聲源可解釋性不足的問(wèn)題，制約了噪聲機(jī)理分析及噪聲控制研究。為此，研究團(tuán)隊(duì)提出了基于精確格林函數(shù)的氣動(dòng)噪聲預(yù)測(cè)方法，首先將螺旋槳?dú)鈩?dòng)聲源投影到管道模態(tài)空間，形成以模態(tài)系數(shù)表示的模態(tài)聲源，再以模態(tài)聲源為激勵(lì)，進(jìn)行聲學(xué)有限元計(jì)算得到遠(yuǎn)場(chǎng)輻射噪聲。通過(guò)分析模態(tài)聲源的模態(tài)分布特征，得到無(wú)人機(jī)氣動(dòng)聲源的分布特點(diǎn)。
研究團(tuán)隊(duì)還針對(duì)自主研制的涵道共軸對(duì)轉(zhuǎn)雙旋翼無(wú)人機(jī)，開(kāi)展噪聲特性研究，發(fā)現(xiàn)由于激發(fā)模態(tài)不同，涵道無(wú)人機(jī)內(nèi)旋翼干涉噪聲、轉(zhuǎn)靜干涉噪聲分別在遠(yuǎn)場(chǎng)噪聲的偶數(shù)倍BPF及奇數(shù)倍BPF占據(jù)主導(dǎo)貢獻(xiàn)。
該研究創(chuàng)新性地提出了基于精確格林函數(shù)的混合CAA噪聲預(yù)測(cè)方法，突破了傳統(tǒng)噪聲預(yù)測(cè)方法“黑箱”模型的局限，為工程噪聲預(yù)測(cè)與噪聲特性分析提供了新思路，并拓展了對(duì)涵道無(wú)人機(jī)噪聲機(jī)理的認(rèn)識(shí)，為進(jìn)一步研制低噪高效微型涵道無(wú)人機(jī)提供了重要理論基礎(chǔ)。
該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.2514/1.J064948
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