研究用仿生鋸齒尾緣降低翼型氣動噪聲取得進展

　　近期，中國科學院工程熱物理研究所研究人員在利用仿生鋸齒尾緣降低翼型氣動噪聲方面取得進展。風力機發展趨向于大型化，葉片尺寸的增大導致葉尖的速度也隨之增大。葉片在高速旋轉過程中產生的氣動噪聲不僅困擾風電場周邊居民帶來，還限制了機組的設計，從而影響發電效率。為此，研究人員利用仿貓頭鷹鋸齒尾緣結構開展葉片的降噪研究。

　　如圖1所示，研究人員在消音風洞中利用麥克風對翼型遠場氣動噪聲進行測量，并利用高頻PIV對翼型尾緣處流場進行測量。麥克風測得的安裝鋸齒尾緣前后翼型的氣動噪聲如圖2所示，可以看出原始翼型在1000Hz-2000Hz的頻段內出現聲壓級較高峰值噪聲，而安裝鋸齒可以有效抑制原始翼型所產生的峰值噪聲，使得頻譜呈現出寬頻特征。

　　如圖3所示，通過PIV采集的瞬時流場結果可以看出原始翼型尾緣出現連續性脫落的渦街，研究發現尾緣處渦街的脫落頻率與翼型所產生的峰值噪聲頻率一致，從而驗證了翼型所產生的峰值噪聲是由于層流邊界層尾緣分離所產生的。而加上鋸齒尾緣后，尾緣處的渦脫落被有效的抑制，具體表現為在鋸齒齒根位置處產生向上的射流破壞了由吸力面脫落的渦結構，從而抑制峰值噪聲的產生。該研究從流場角度揭示了翼型峰值噪聲的產生機理以及鋸齒尾緣的降噪機理，對今后鋸齒尾緣尺寸的設計具有重要意義。

　　相關研究成果發表在Applied Acoustics和Bioinspiration & Biomimetics上。研究工作得到國家自然科學基金重點項目和中科院戰略性先導科技專項的支持。

圖1.遠場噪聲及PIV流場測試示意圖

圖2.6度攻角下原始翼型與鋸齒翼型聲壓級對比

圖3.（a）原始翼型和鋸齒翼型瞬時渦量場

圖3.（b）原始翼型和鋸齒翼型瞬時渦量場