不同推力与射流类型的火箭发动机排气噪声仿真研究

火箭发动机排气的气动噪声分析是降噪的基础。采用k-ε湍流模型和大涡模拟对发动机排气场进行仿真，再采用FW-H法对噪声场进行计算。对4种不同推力发动机的欠膨胀和过膨胀排气流场的仿真分析表明：排气场声功率级的分布与湍流强度的分布具有相似性，且有明显边界；声功率级在射流影响区域呈现锥形分布的特征，半锥角随推力增大但变化不大，在13°～16°;正激波后的声功率最大，此外噪声强度最大的位置介于马赫数为1的界面到燃气/空气界面之间；射流欠膨胀时，最大声功率在喷管出口下游，射流过膨胀时，最大声功率在喷口附近或内部；对于推力接近的发动机排气场，其噪声声压级基本相同，与射流状态无关；随着发动机推力的增大，声功率级最大值增大不多，而高声功率级的范围扩大是噪声增大的主因；发动机排气噪声的频率范围较宽，主频随着推力增大而降低的原因不是高频噪声降低，而是下游大尺度涡脉动引起的低频噪声增强。