隨著航空出行需求持續(xù)增長,噪聲污染問題正受到越來越多的關注。國際民用航空組織(ICAO)不斷收緊噪聲排放標準,歐洲“Flightpath 2050”計劃則明確提出:到2050年飛機噪聲需在2000年基準上降低65%。與此同時,主要樞紐機場也相繼出臺更為嚴格的降噪政策,將噪聲水平與起降費用掛鉤。
面對日益嚴苛的監(jiān)管要求和公眾對生活質量的期待,從大型客機到新興的eVTOL(電動垂直起降飛行器),更安靜的飛行不再是選擇題,而是每一款航空產(chǎn)品必須達成的設計目標。
航空降噪的現(xiàn)實挑戰(zhàn)
目前航空業(yè)在降噪方面面臨兩大難題。
一方面,傳統(tǒng)的飛行噪聲測試大多安排在設計周期后期,難以對早期設計提供反饋。飛行測試成本高昂、周期漫長,一旦進入原型驗證階段,產(chǎn)品調整的靈活性已大大降低。
另一方面,新一代飛機推進技術,例如開式轉子系統(tǒng)、城市空中出行(UAM)構型等,在提升效率的同時,也帶來更復雜的氣動噪聲源。以GE36為代表的開式轉子發(fā)動機方案曾因無法有效控制噪聲而被擱置。如今,這類構型若想重新進入主流市場,必須在設計初期就明確應對氣動噪聲的方案。
因此,從設計伊始即引入高精度仿真技術,對噪聲源進行建模、分析和優(yōu)化,已成為推動更安靜航空設計的關鍵抓手。
基于格子玻爾茲曼法的高保真仿真方法
達索系統(tǒng)SIMULIA PowerFLOW平臺基于格子玻爾茲曼方法(LBM),為航空氣動噪聲建模提供全新解法。
與傳統(tǒng)CFD方法相比,LBM具備三大顯著優(yōu)勢:
01支持復雜幾何建模,無需對飛機結構進行大幅簡化,預處理效率顯著提升;
02可準確捕捉湍流中的非定常特性,數(shù)值耗散極低,適用于直接聲學模擬;
03在保持LES(大渦模擬)級別精度的同時,計算速度提升1-2個數(shù)量級,適合大規(guī)模飛行工況下的快速驗證。
借助LBM方法,設計團隊可在飛機概念設計早期識別并優(yōu)化關鍵噪聲源,避免后期返工,提高整體開發(fā)效率。
模板化流程,加速降噪評估
在實際項目中,SIMULIA PowerFLOW通過模板化工作流程覆蓋了多種典型航空降噪場景,包括:
01起落架與高升力裝置噪聲;
02開式轉子與傳統(tǒng)噴氣式推進系統(tǒng)的排氣噪聲;
03多旋翼構型eVTOL飛行器的城市環(huán)境聲學分析;
04無人機飛行器的噪聲足跡建模與優(yōu)化。
這些工作流程均經(jīng)過系統(tǒng)驗證,涵蓋全自動網(wǎng)格劃分、預處理設置與后處理分析,幫助用戶快速部署高保真氣動聲學仿真,降低學習成本與工程資源投入。
此外,仿真平臺還支持與結構模態(tài)分析聯(lián)動,實現(xiàn)對聲源激勵機制與結構響應之間耦合關系的深入理解。這對提升噪聲控制策略的針對性具有重要價值。
以仿真為驅動,加速更安靜航空的實現(xiàn)
在航空工業(yè)加速邁向可持續(xù)飛行的進程中,仿真技術正在從“驗證工具”轉變?yōu)椤霸O計決策引擎”。通過將先進仿真手段前移至研發(fā)早期,制造商不僅可以在更低成本下完成噪聲性能驗證,還能在設計方案上做出更具前瞻性的選擇。
在這一轉變中,SIMULIA PowerFLOW正助力航空企業(yè)應對復雜的eVTOL構型、開式推進方案與城市飛行環(huán)境所帶來的聲學挑戰(zhàn),推動行業(yè)在滿足監(jiān)管要求的同時,為乘客和城市居民帶來更靜謐的飛行體驗。
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