흐름장/음향장 하이브리드 모델 기반 팬 환상 캐스케이드의 광대역 소음 특성 연구

팬 소음은 높은 바이패스 비 터보팬 엔진의 중요한 소음원으로, 주로 음조 소음과 광대역 소음으로 구성된다. 팬 음조 수준이 감소함에 따라 광대역 소음에 대한 연구가 점점 더 주목받고 있다. 본 논문은 팬 환상 캐스케이드를 연구 대상으로 한다. 첫째, 지연 분리 와류 시뮬레이션(DDES)과 흐름장/음향장 하이브리드 모델(DDES/LAA)을 이용하여 수치 시뮬레이션을 수행하고, 팬 환상 캐스케이드의 로터 회전 속도 및 입구 속도가 광대역 소음에 미치는 영향 규칙을 연구한다. 둘째, 서북공업대 Aero-Acoustic Laboratory의 반무향실에서 다중 열 원형 마이크로폰 어레이를 이용하여 팬 환상 캐스케이드의 음향장을 실험적으로 연구 및 검증하였다. 결과에 따르면 입구 속도가 증가함에 따라 팬 환상 캐스케이드의 광대역 소음 음향 입사파 레벨이 유의하게 증가한다. 소음 스펙트럼 곡선에는 뚜렷한 "범프(hump)"가 존재하며, 이 "범프"는 로터 속도 및 입구 속도가 증가함에 따라 더 높은 주파수로 이동한다. 수치 시뮬레이션과 실험 결과 모두 "범프" 구조의 중심 주파수가 팬 환상 캐스케이드 내 회전봉에서 발생하는 박리 와류 주파수와 기본적으로 일치함을 나타내며, 이는 "범프" 소음이 회전봉에서 발생한 박리 와류와 하류 캐스케이드 간 간섭에 의해 발생함을 시사한다. 팬 환상 캐스케이드 광대역 소음의 관련 특성을 이해함으로써 본 연구는 항공기 엔진 팬의 광대역 소음 저감 방안에 대한 참고 자료를 제공한다.