Numerical study of Mach cutoff noise generated with supersonic flight

超音速飞行马赫截止噪声的数值研究

基本信息

批准号：
22K04540
负责人：
土屋隆生
金额：
$ 2.41万
依托单位：
Doshisha University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

商業運行が期待されている超音速旅客機(SST)は，ソニックブームの問題が避けられないが，大気中の温度勾配に起因するマッハカットオフ(MCO)現象を利用した回避法が模索されている。しかしながら，気象に起因した局所的な大気乱流によるMCO騒音の発生が問題となっている。本研究の目的は，数値的手法によるMCO騒音の全容解明であるが，本年度はブームとMCO騒音の計算を分離したハイブリッド解法を開発した。ブーム本体の伝搬計算は拡張Burgers法と非線形Tricomi法の組み合わせで，高忠実な計算を行えるようにした。その結果，従来の時間領域差分(FDTD)法のみの場合より，騒音レベルにして20-30 dBの精度向上が確認された。また，MCO騒音の伝搬計算には大気乱流モデルを組み入れたFDTD法を使用した。数値実験の結果，MCO騒音は主にSSTから放射された直後の衝撃波によって発生している可能性が示唆された。しかしながら，この知見は1)地上から遠い高高度の騒音の方が優勢である，2)低高度のフォーカスブームの音圧が最大にも関わらず騒音が小さい，といったこれまでの常識とは異なる結果であるため，その真偽について議論を呼んだ。そこで，乱流を局所的に表すランキン渦を擾乱モデルに組み込み，渦の位置を変化させることでMCO騒音の性質を探ったところ，前述の結果が支持されることとなった。一方，解析結果の検証には，実験結果との比較検討が必須であるが，我が国は民間超音速機を保有していないばかりか国内に広大な飛行試験場も存在しない。そこで，NASAが2012年に実施したFaINTプロジェクトの実験データを入手した。このプロジェクトは，マッハ1.2以下で35,000 ftを水平飛行した場合のMCOによるエバネッセント波を対象として，様々な高度の音圧波形を取得している。次年度以降は，このデータとの比較を実施する。

预计将在商业上运营的超音速客机（SST）在Sonic Boom上不可避免地存在问题，但是有一种方法可以避免使用Mach临界值（MCO）现象，这是由大气中的温度梯度引起的。但是，由于天气引起的局部大气湍流引起的MCO噪声已经成为问题。这项研究的目的是使用数值方法充分阐明MCO噪声，但是今年我们开发了一种将动臂和MCO噪声计算分开的混合解决方案。动臂体的传播计算与扩展的汉堡法和非线性三角素法相结合，允许高度忠实的计算。结果，与单独的常规时域差异（FDTD）方法相比，噪声水平的准确性在噪声水平上提高了20-30 dB。此外，还使用了包含大气湍流模型的FDTD方法来计算MCO噪声的传播。数值实验表明，从SST发射后，MCO噪声可能主要是由电击波产生的。但是，这一发现引起了过去常识的争议，例如1）远离地面的高度噪声是主要的，而2）噪声很小，尽管焦点繁荣在低海拔处的最大声音压力最大，从而引起了真相的争议。因此，当我们将局部代表湍流的Rankin涡流加入干扰模型中时，并通过更改涡流的位置来探索MCO噪声的性质时，支持上述结果。另一方面，必须将结果与验证的实验结果进行比较和检查，但日本没有私人超音速飞机，并且在该国内没有大量的飞行测试地点。因此，我们从NASA在2012年进行的淡淡项目中获得了实验数据。该项目获得了各种高度的声音波形，靶向由MCO在Mach 1.2或以下水平飞行时由MCO引起的evaneScent波浪。与此数据的比较将从明年开始进行。