Numerical study of Mach cutoff noise generated with supersonic flight

超音速飞行马赫截止噪声的数值研究

基本信息

批准号：
22K04540
负责人：
土屋隆生
金额：
$ 2.41万
依托单位：
Doshisha University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

商業運行が期待されている超音速旅客機(SST)は，ソニックブームの問題が避けられないが，大気中の温度勾配に起因するマッハカットオフ(MCO)現象を利用した回避法が模索されている。しかしながら，気象に起因した局所的な大気乱流によるMCO騒音の発生が問題となっている。本研究の目的は，数値的手法によるMCO騒音の全容解明であるが，本年度はブームとMCO騒音の計算を分離したハイブリッド解法を開発した。ブーム本体の伝搬計算は拡張Burgers法と非線形Tricomi法の組み合わせで，高忠実な計算を行えるようにした。その結果，従来の時間領域差分(FDTD)法のみの場合より，騒音レベルにして20-30 dBの精度向上が確認された。また，MCO騒音の伝搬計算には大気乱流モデルを組み入れたFDTD法を使用した。数値実験の結果，MCO騒音は主にSSTから放射された直後の衝撃波によって発生している可能性が示唆された。しかしながら，この知見は1)地上から遠い高高度の騒音の方が優勢である，2)低高度のフォーカスブームの音圧が最大にも関わらず騒音が小さい，といったこれまでの常識とは異なる結果であるため，その真偽について議論を呼んだ。そこで，乱流を局所的に表すランキン渦を擾乱モデルに組み込み，渦の位置を変化させることでMCO騒音の性質を探ったところ，前述の結果が支持されることとなった。一方，解析結果の検証には，実験結果との比較検討が必須であるが，我が国は民間超音速機を保有していないばかりか国内に広大な飛行試験場も存在しない。そこで，NASAが2012年に実施したFaINTプロジェクトの実験データを入手した。このプロジェクトは，マッハ1.2以下で35,000 ftを水平飛行した場合のMCOによるエバネッセント波を対象として，様々な高度の音圧波形を取得している。次年度以降は，このデータとの比較を実施する。

对于Sonic Boom来说，预计将是商业操作的超级乘客飞机（SST），但由于大气中的温度梯度，使用Mach Cut Off（MCO）现象探索逃避方法。但是，由于天气引起的局部气氛湍流引起的MCO噪声已经成为问题。这项研究的目的是通过数值方法阐明完整的MCO噪声，但是今年我们开发了一种混合解决方案，该解决方案已分离了动臂和MCO噪声的计算。繁荣本身的传播计算是扩展汉堡方法和非线性三角素方法的组合，因此可以执行高度定义的计算。结果，在噪声水平上确认了20-30 dB的精度，并且仅确认20-30 dB的精度，而不是传统的时间区域差异（FDTD）方法。此外，使用包含大气湍流模型的FDTD方法进行MCO噪声传播计算。由于数值实验的结果，建议MCO噪声主要是由于从SST辐射后立即由冲击波引起的。但是，这种知识与以前的常识不同，例如1）远离地面的高海拔噪声，2）低空聚焦繁荣的声音虽然最大，但他还是讨论了真相。。因此，当代表湍流的Rankin Whirlpool进入干扰模型并更改漩涡的位置以探索MCO噪声的性质时，支持上述结果。另一方面，必须比较分析结果以检查实验结果，但是日本没有私人超声速度机器，但是该国没有庞大的飞行测试地点。因此，我得到了NASA在2012年进行的微弱项目的实验数据。该项目在1.2或更少的水平飞行35,000英尺时，为MCO Evanessents Waves获得了各种高级别的声音波形。从下一个财政年度开始，将与此数据进行比较。