Numerical Analysis of Noise Reduction of Supersonic Jet by Micro Disturbance Using Beat Phenomena between Unstable Waves

利用不稳定波间拍频现象微扰动降低超音速射流噪声的数值分析

• 批准号: 22K03902
• 负责人: 渡邊 大輔
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: University of Toyama
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03902/
• 关键词: 超音速ジェット; マッハ波; 騒音低減; 線形安定性解析; DNS; CFD

本年度では，これまで確認されたM=2.0 (Mc=1.0), Re=2000の超音速乱流ジェットに，制御用流入撹乱として同一振幅・同一振動数の回転方向が異なる線形不安定なヘリカルモードを組み合わせた速度変動をジェット中心速度の10%の大きさで加えた結果，加えられた低い位相速度を持つ第三ヘリカルモードペアの増幅によりジェットせん断層の拡散が促進すされることによりマッハ波の低減効果を有するという知見に対し，より高いレイノルズ数およびマッハ数におけるジェットから放射されるマッハ波の低減効果の可能性を探るため，線形安定性解析により低速な位相速度を持つ不安定波に対するジェットせん断層厚さに対する影響を調査を行った．線形安定性解析には空間の離散化にフーリエ級数を用いた高精度のスペクトル法を用い計算を行い以下のことを確認した．マッハ数の増加に伴いヘリカルモードペア増幅によるジェットの拡散効果は低下する．また，マッハ数の増加に伴いヘリカルモードペア増幅に伴う拡散時にジェットから放射される圧力変動は大きくなる．すべてのモードが超音速の位相速度となるM=2.4においても，ヘリカルモード周方向波数が大きくなるにつれ位相速度が下がり，ヘリカルモードペア増幅に伴う拡散時にジェットから放射される圧力変動は小さくなる．このことは，高マッハ数において位相速度が超音速となっても，相対的に低い位相速度のヘリカルモードをジェットに加えることにより，マッハ波を低減できる可能性がある．

今年，M=2.0（Mc=1.0），对于Re=2000的超音速湍流射流，采用振幅和频率相同但旋转方向不同的线性不稳定螺旋模态相结合的速度脉动作为射流中心速度10%大小的控制流入扰动。 ，由于低相速度的第三螺旋模式对的放大，射流剪切层发生扩展。为了探讨在较高雷诺数和马赫数下降低喷气机辐射马赫波的可能性，我们进行了线性稳定性分析来研究在较高雷诺数和马赫数下降低喷气机辐射马赫波的可能性。我们研究了具有相速度的不稳定波对射流剪切层厚度的影响。对于线性稳定性分析，我们使用高精度谱方法进行了计算，该方法使用傅里叶级数对空间进行离散化，并确认了以下内容。随着马赫数增加，螺旋模对放大引起的射流扩散效应减弱。此外，随着马赫数的增加，由于螺旋模对放大，扩散过程中从射流辐射的压力波动也增加。即使在M=2.4时，所有模式都具有超音速相速度，随着螺旋模式周向波数的增加，相速度减小，并且由于螺旋模式对放大而在扩散过程中从射流辐射的压力脉动变得更小。这意味着即使相速度在高马赫数时变成超音速，也可以通过向射流添加相速度相对较低的螺旋模式来减少马赫波。