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?受貓頭鷹翅膀啟發(fā)：新型葉片設(shè)計(jì)可減少飛機(jī)的噪音污染

2022-01-30 12:04:04 來源：cnBeta.COM

后緣噪聲是航空和渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的主要聲源，如飛機(jī)、無(wú)人機(jī)和風(fēng)力渦輪機(jī)。而抑制這種噪音污染是一些城市地區(qū)的一個(gè)主要環(huán)境目標(biāo)。在AIP出版社出版的《Physics of Fluids》中，來自西安交通大學(xué)的研究人員利用貓頭鷹翅膀的特性為機(jī)翼設(shè)計(jì)提供參考，另外還大大降低了尾部邊緣的噪音。

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這項(xiàng)研究的論文作者Xiaomin Liu說道：“由于夜行貓頭鷹獨(dú)特的翅膀構(gòu)造，在類似的飛行速度下，產(chǎn)生的噪音比其他鳥類少約18分貝。此外，當(dāng)貓頭鷹捕捉獵物時(shí)，翅膀的形狀也在不斷變化，因此研究貓頭鷹飛行過程中的翼緣構(gòu)造具有重要意義。”

當(dāng)氣流沿機(jī)翼背面通過時(shí)會(huì)產(chǎn)生拖曳邊緣的噪音。氣流沿著機(jī)翼的上表面和下表面形成一個(gè)空氣湍流層，當(dāng)這層空氣流經(jīng)后緣時(shí)就會(huì)散射出噪聲。

以往的研究探索了鋸齒狀后緣并發(fā)現(xiàn)鋸齒能有效降低旋轉(zhuǎn)機(jī)械的噪聲。然而，噪音的降低并不普遍，它在很大程度上取決于最終的應(yīng)用。

“目前，旋轉(zhuǎn)式渦輪機(jī)械的葉片設(shè)計(jì)已經(jīng)逐漸成熟，但降噪技術(shù)仍處于瓶頸期。傳統(tǒng)鋸齒結(jié)構(gòu)的降噪能力是有限的，需要提出和開發(fā)一些新的非光滑拖曳邊緣結(jié)構(gòu)以進(jìn)一步挖掘仿生降噪的潛力，”Liu說道。

該團(tuán)隊(duì)使用噪聲計(jì)算和分析軟件對(duì)具有讓人聯(lián)想到貓頭鷹翅膀特征的簡(jiǎn)化機(jī)翼進(jìn)行了一系列詳細(xì)的理論研究。他們將他們的研究結(jié)果用于抑制旋轉(zhuǎn)機(jī)械的噪音。

改善后緣周圍的流動(dòng)條件和優(yōu)化后緣的形狀抑制了噪音。有趣的是，不對(duì)稱的鋸齒比對(duì)稱的鋸齒更能減少噪音。

由于噪聲降低會(huì)隨著不同的操作條件而變化，因此科學(xué)家們強(qiáng)調(diào)，應(yīng)該根據(jù)具體的應(yīng)用來進(jìn)一步評(píng)估機(jī)翼設(shè)計(jì)。

如風(fēng)力渦輪機(jī)有復(fù)雜的入流環(huán)境，這需要一個(gè)更普遍的降噪技術(shù)。在不同入流的影響下考察降噪技術(shù)將使他們的結(jié)論更具普遍性。

研究人員認(rèn)為他們的工作將可作為機(jī)翼設(shè)計(jì)和噪聲控制的重要指導(dǎo)。

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