布里斯托大学消声室内的边界层吸入涵道风扇测试台，其特点是安装在弯曲S板上的涵道风扇和用于气动声学测量的顶置麦克风阵列。

　　用于边界层吸入研究的热线测量装置，其特点是将涵道风扇安装在弯曲的机身表面附近。该装置可进行高分辨率速度场分析，以揭示“干草堆效应”模式的气动起源及其与感知噪声的联系。

　　布里斯托大学消声室内的边界层吸入涵道风扇测试台，其特点是安装在弯曲S板上的涵道风扇和用于气动声学测量的顶置麦克风阵列。　英国布里斯托大学的科学家与索尔福德大学的科学家合作，发现了边界层吸入（BLI）发动机产生特别恼人噪音的根本原因——边界层吸入发动机是未来电动和混合动力飞机的一项关键技术。　　这项发表在《npj Acoustics》杂志上的最新研究基于早期确定边界层吸入系统中一般噪声源的研究，深入探讨了气动噪声产生的物理原理，揭示了湍流边界层如何与旋转的风扇和涵道组件相互作用，从而产生两种截然不同且令人不悦的声学特征。　　这项研究的关键是基于流体力学的评估，揭示了两种不同类型的宽带噪声模式（被称为“干草堆效应”）的根本气动成因——这种频谱特征会影响噪声的感知。　　在声学中，“干草堆效应”描述了湍流散射音调声场的效应，导致特定音调的能量分布到更宽的频率范围内。　　研究表明，在低推力（巡航期间）下，较弱的风扇吸力使机身边界层流动基本不受干扰。在这种情况下，气流吸入受机身曲率引起的流动畸变控制，这只会使叶片尖端暴露于低动量湍流结构中。　　由于涵道的声学影响在低推力下占主导地位，因此主要的噪声产生机制是湍流与涵道内部声场之间的相互作用，从而导致“涵道干草堆效应”。　　在高推力（起飞状态）下，强大的风扇吸力会扰乱机身边界层流动，产生风扇诱导的流动畸变，从而在叶片跨度的较大范围内吸入高动量、高度不稳定的湍流结构。　　风扇诱导的畸变流动与旋转叶片之间的这种强烈相互作用会导致“风扇干草堆效应”，即非稳定气流在旋转叶片跨度的较大范围内被旋转叶片反复切割。　　该研究首席研究员、布里斯托尔大学科学与工程学院的费罗兹·艾哈迈德博士表示：“这两种隐藏的声音特征——干草堆效应，可使未来的嵌入式飞机发动机在感知上不仅声音响亮，而且令人不适。通过将湍流吸入模式与人们对噪声的感知联系起来，我们为工程师提供了设计未来飞机的工具，使其声音较为安静。”　　这些研究结果为设计更安静的嵌入式发动机提供了新的思路，使其声音更安静，而不仅仅是测量结果更安静——也是提高公众对未来城市空中交通系统接受度的关键一步。　　研究人员使用一个能够复制真实环境条件的高保真风洞装置，利用先进的仪器——包括热线风速仪、压力传感器和远场麦克风——收集了不同飞行状态下的详细流量和噪声数据。这使得他们能够分离每个噪声特征（“干草堆效应”），并将其与其空气动力学成因及其对人类感知的影响联系起来。　　这些研究成果为未来大型飞机（如空客ZEROe、ONERA NOVA、NASA/MIT Aurora D8、 空 客Nautilus和MIT SAX-40）以及城市空中交通领域的下一代电动垂直起降（eVTOL）飞机制造商提供了可行的设计指导，支持实现欧盟FlightPath2050目标，即将飞机噪音降低65%。　　这些发现可能有助于为未来的电动飞机和“空中出租车”设计感知更安静的发动机。　　该团队目前计划开发气动和声学控制策略，以减少风扇和涵道“干草堆效应”噪声。他们还希望将这项分析扩展到其他涉及湍流吸入的推进概念，以期塑造安静航空的未来。（航柯）