Prediction methods for helicopter rotor blade noise and flow-sound interactions in nozzle flow

Abstract

There are two part in this study, one is related with asymptotic approach to helicopter rotor blade noise and second part is computational aeroacoustics which is used in order to solve the interaction between flow and sound in the transonic nozzle.In the first of study that provides asymptotic formulas for the far field of the mth harmonic components of the acoustic radiation from a B-bladed subsonic single rotational propeller, in the asymptotic limit as mB??. Asymptotic expressions of subsonic propeller noise of Parry and Crighton accounting for contributions from airfoil thickness and loading are refined. These expressions are found by the application of Laplace?s method to the integrals of steady loading and of blade thickness distributions over the surface of the blade using the Debye approximation. In particular, second order correction to single rotational propeller noise expression of Parry and Crighton is obtained for the harmonic components Pm of the subsonic propeller noise. In the second part of this study, an acoustic wave is introduced at the nozzle exit and the sound wave that travels upstream through the transonic nozzle is to be calculated using high order computational aeroacoustics schemes. In this study, there are two different nonreflecting boundary conditions are used for the inflow and outflow boundary conditions. In the case of standard nonreflecting boundary condition of Thomson and alternative nonreflecting boundary conditions is used in the present work. Time integration is computed by using fourth order Runge ? Kutta time marching scheme for the nonuniform grid. The well agreement is obtained between exact solution and computed results.

Bu çalışma aeroakustik alanında gerçekleştirilmiş olup iki ayrı problemi incelemiştir. Çalışmanın ilk kısmı, helicopter pervane palasına ait gürültünün asimptotik yöntemler ile çözülmesine eğilirken, ikinci kısımda ise, Hesaplamalı Aeroakustik sayısal yaklaşım yöntemlerini kullanarak lüle içerisindeki akış-ses etkileşimi incelemiştir.Tezin ilk kısmında, helicopter pervane palası üzerinde oluşan akış alanına bağlı gürültü uzak alanda B-palalı sesaltı dönel pervane için akustik basıncın m. harmonik bileşeni için hesaplanmaktadır (mB?? yaklaşıklık limitinde). Parry ve Crighton sesaltı pervane gürültüsü için, profil kalınlığı ve aerodinamik yüklere ait ses kaynaklarını içeren yaklaşıklık bağıntıları bu çalışmada iyileştirilmiştir. Bu bağıntılar, zamandan bağımsız aerodinamik yükler ile palaya ait kalınlık dağılımının sadece pala üzerindeki etkilerini içeren yüksek mertebeden Bessel fonksiyonları için Debye yaklaşımı ile bulunan integral denklemlere uygulanan Laplace yöntemi ile elde edilmiştir. Parry ve Crighton'a ait tek palalı dönel pervane gürültüsü için ifade edilen basınç bağıntısı Pm harmoniği için ikinci mertebeden bir düzeltme ile elde edilmiştir. Tezin ikinci kısmında ise, lüle çıkış bölgesinde akustik bozuntu uygulanmış ve ses dalgasının transonik lüle akışlarına etkisi, yüksek mertebeden hesaplamalı aeroakustik şemaları kullanılarak modellenmiştir. Çalışmada, giriş ve çıkış şartları için iki farklı yansımalı olmayan sınır şartı uygulanmıştır. Standard yansımalı olmayan sınır şartları, karakterestik dalga değişkenleri kullanılarak Thompson tarafından geliştirilmiştir ve alternatif yansımalı olmayan sınır şartı bu çalışmada teklif edilmiştir. Zamana bağlı değişkenler sıklaştırılmış sayısal çözüm ağı üzerinde dördüncü mertebeden Runge ? Kutta zaman adımı şeması kullanılarak hesaplanmıştır. Hesaplanan sonuçlar kesin sonuçlar ile karşılaştırılmış ve son derece başarılı sonuçlar elde edilmiştir.