飛行器與風機設計共性 展望家電抑噪新方向

風機作為一種量大面廣的通用機械設備，在航空航天、工業(yè)生產(chǎn)等方面都有著廣泛應用，但其運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的噪聲常常成為干擾周圍環(huán)境和影響人體健康的禍源。以空氣動力學為紐帶，風機設計與飛行器氣動外形設計之間存在很多共性技術，在國家推行軍民融合發(fā)展戰(zhàn)略大背景下，前沿技術的借鑒學習為風機抑噪優(yōu)化設計帶來了新的方向。

為吸納航空航天領域前沿抑噪技術，5月24日，第三期「共享大課堂-HOPE創(chuàng)新講座」特邀西北工業(yè)大學副教授、氣動噪聲研究領域?qū)＜矣嗯嘌捶窒怼讹w行器設計技術在風機噪聲抑制中應用—現(xiàn)狀與未來》主題講演，與現(xiàn)場海爾技術工程師及線上直播間觀眾一起，探尋前沿氣動噪聲控制技術與家電產(chǎn)品的創(chuàng)新結(jié)合。

在飛行器總體設計/氣動噪聲/流體力學方向擁有多項科研項目成果，如：螺旋槳氣動/噪聲綜合分析與試驗技術研究、多孔板控制措施對開式空腔氣動噪聲的抑制研究、降低飛機噪聲源及其輻射的創(chuàng)新方法、某油煙機氣動噪聲預測及降噪設計等。

格式 1 ( 14px, 蘋方繁細體(限iOS), 粗體, #FFFFFF )

余教授以基礎流動機理及飛行器設計與風機設計的四大共性技術入手，結(jié)合家電項目應用實例，詳細解讀了“數(shù)值仿真→建立流場模型→分析診斷→優(yōu)化設計”流程中所用到的技術手段，并通過新型降噪材料、人工智能等革命性方案，展望風機抑噪設計未來發(fā)展趨勢，為家電風機抑噪提出了建設性方向。

1飛行器設計與風機設計四大共性技術

高精度數(shù)值仿真、流場分析與診斷、智能優(yōu)化設計、革命性方案設計為飛行器與風機設計中具有共性的四大技術。而在解讀共性技術之前，余教授首先強調(diào)：不管是對于噪聲預設分析還是降噪設計，首先都要以基礎流動機理為根基，清楚了解噪聲的產(chǎn)生過程。

1、高精度數(shù)值仿真技術

不論對于飛行器還是風機，高精度的數(shù)值仿真手段都是其設計與系統(tǒng)研發(fā)的基礎。飛行器領域可用于風機設計（氣動、噪聲、散熱等）的技術主要有：復雜構(gòu)型的網(wǎng)格生成技術、大分離流模型與旋轉(zhuǎn)機械流場模擬技術、氣動噪聲預測技等。

1）網(wǎng)格生成技術

其中，網(wǎng)格生成是數(shù)值模擬的前提，其生成質(zhì)量好壞很大程度上決定了數(shù)值模擬結(jié)果的正確性。常規(guī)的靜態(tài)網(wǎng)格生成形式主要包括結(jié)構(gòu)網(wǎng)格、非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和結(jié)構(gòu)非結(jié)構(gòu)混合網(wǎng)格三種。而在多體運動問題中，常規(guī)的靜態(tài)網(wǎng)格無法滿足數(shù)值模擬需求，應運而生的網(wǎng)格生成技術：可自動調(diào)節(jié)網(wǎng)格疏密性的重疊網(wǎng)格、自適應網(wǎng)格技術應運而生，大大節(jié)省計算資源。

2）模型與流場模擬技術

很多人生成網(wǎng)格后，無法判斷數(shù)值結(jié)果錯誤到底是由網(wǎng)格、數(shù)值格式還是其他人為因素引起的。因此在網(wǎng)格計算中，還涉及到模型的選擇。余教授團隊在不同精度級別的湍流模型方法中都開展了卓有成效的工作，提出在工業(yè)設計，如風機葉片的旋轉(zhuǎn)運作中，比較適合使用高精度混合的RANS/LES數(shù)值仿真。此旋轉(zhuǎn)機械流場模擬方案在軍民多個項目中得到應用，為旋轉(zhuǎn)機械的設計提供了可靠的技術保障。

3）氣動噪聲預測技術

對氣動噪聲產(chǎn)生過程的精確模擬依賴于高精度的數(shù)值仿真技術，余教授團隊開發(fā)了氣動噪聲混合預測方法。但在實際工業(yè)降噪設計中，氣動噪聲本質(zhì)實為氣動流場，有經(jīng)驗的工作者在數(shù)值仿真流場中就可以進行判斷，從而進行相應的設計分析，最后再通過前后降噪數(shù)值的對比驗證該設計的降噪效果即可。

在表面粗糙度與污染物對流場影響的模擬技術及高精度高效控制方程求解技術部分，余教授亦結(jié)合應用實例，展開了具體講解▽

2、流場仿真與診斷技術

此技術基于流體力學基礎理論，將實際產(chǎn)品的流場/噪聲性能等聯(lián)系起來，對于分析產(chǎn)品氣動設計中存在的問題以及改進產(chǎn)品設計具有最直接的指導作用，也是拉開企業(yè)之間研發(fā)能力的關鍵技術之一，與工程師的個人功力與經(jīng)驗積累息息相關。

3、智能優(yōu)化設計技術

過于依賴人工經(jīng)驗的氣動外形設計存在陌生設計環(huán)境下效率顯著降低、復雜的設計環(huán)境下難以獲得理論上的最優(yōu)解等明顯不足。而智能優(yōu)化算法主導的氣動外形設計無需深厚的氣動外形設計設計功底，即可開展高質(zhì)量氣動外形設計，在既定總體方案，尤其是在復雜設計環(huán)境下，比人工設計效果更好。結(jié)合生動圖示，余教授對氣動外形優(yōu)化設計系統(tǒng)的模塊組成展開講解▽

4、革命性方案設計技術

余教授指出，當前的智能優(yōu)化設計技術還是在既定的總體布局形勢下進行精細、極致化設計，革命性、顛覆性方案的探索仍然主要依賴設計工程師的深厚設計功力與發(fā)散的設計思維。而隨著人工智能技術的進步，雖真正用于工業(yè)還有一定距離，但智能優(yōu)化設計必然向更高水平邁進，未來，可能只需輸入想要的性能參數(shù)，就能實現(xiàn)理想設計模型的自動生成。

2風機設計的未來

最后，綜合上述飛行器氣動設計觀點，余教授對未來風機抑噪設計指明了幾條創(chuàng)新方向：基于飛行器氣動設計標準，提升現(xiàn)有風機系統(tǒng)精細度；嘗試主/被動流動控制技術、超材料等吸聲技術進行風機抑噪；建立完善風機系統(tǒng)各模塊的單學科/多學科智能優(yōu)化設計系統(tǒng)；搜索革命性風機降噪設計技術。