受自然启发的三维表面锯齿拓扑通过抑制翼型-湍流相互作用噪声实现静音飞行
流体动力学
2023-08-21 v1
摘要
作为自然捕食者，猫头鹰凭借其羽毛精巧的锯齿表面形态飞行时具有惊人的隐秘性，这种形态可产生有利的流动特性和边界层结构。传统上，这些锯齿被设计用于具有简单二维图案的翼型边缘，在权衡气动性能的同时限制了其整体降噪效果。在此，我们制定了新的设计策略，通过融合猫头鹰羽毛与蝉昆虫翅膀的几何形状，创建具有静音高效飞行特性的三维拓扑，从而缓解降噪与气动性能之间的权衡。气动声学与气动实验结果表明，与基准设计相比，我们的混合拓扑使总声压级降低高达9.93%，推进效率提高超过48.14%。计算流体动力学模拟揭示，受猫头鹰启发的三维表面锯齿可增强表面涡量。所产生的相干涡结构可在不同雷诺数下抑制偶极子和四极子压力源的源强，从而产生普适的降噪效果。我们的工作展示了受生物启发的三维锯齿拓扑如何优化湍流-翼型相互作用模式，并改善气动表面的多种功能，以实现更安静、更省燃料的飞行器。
引用
@article{arxiv.2308.08788,
title = {Nature-inspired three-dimensional surface serration topologies enable silent flight by suppressing airfoil-turbulence interaction noise},
author = {Zixiao Wei and Stanley Wang and Sean Farris and Naga Chennuri and Ningping Wang and Stara Shinsato and Kahraman Demir and Maya Horii and Grace X. Gu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2308.08788},
year = {2023}
}
备注
33 pages