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。

预计投入商业运营的超音速客机（SST）无法避免音爆问题，但人们正在寻求一种利用大气中温度梯度引起的马赫截止（MCO）现象的解决方法。然而，由于天气引起的局部大气湍流而产生MCO噪声已成为一个问题。这项研究的目的是利用数值方法阐明 MCO 噪声的全貌，今年我们开发了一种混合解决方案，将动臂和 MCO 噪声的计算分开。臂体的传播计算采用扩展 Burgers 方法和非线性 Tricomi 方法的组合进行，可进行高保真度计算。结果证实，与单独的传统时域有限差分（FDTD）方法相比，噪声水平的精度提高了 20-30 dB。此外，采用包含大气湍流模型的FDTD方法来计算MCO噪声的传播。数值实验表明，MCO噪声可能主要是由SST辐射后的冲击波产生的。然而，这一发现与传统观点的不同之处在于：1）远离地面的高空噪声更占主导地位；2）尽管低空聚焦吊杆的声压最大，但噪声很小，因此其真实性有待考证。被争论过。因此，我们将局部代表湍流的朗肯涡旋纳入扰动模型中，通过改变涡旋的位置来研究MCO噪声的特性，上述结果得到了支持。另一方面，为了验证分析结果，必须将其与实验结果进行比较，但日本不仅没有私人超音速飞机，国内也没有大型飞行试验场。因此，我们从NASA 2012年进行的FaINT项目中获得了实验数据。该项目采集不同高度的声压波形，目标是在 35,000 英尺或以下、以 1.2 马赫或以下水平水平飞行时由 MCO 引起的倏逝波。从明年开始，将与这个数据进行比较。