تحلیل محاسباتی اثر شدت فرسایش لبه حملۀ ایرفویل بر صوت آیرودینامیکی

فرسایش لبه حمله ایرفویل‌ها یکی از چالش‌های مهم در صنایع هوافضا و انرژی بادی است که به طور قابل توجهی بر عملکرد آیرودینامیکی و آلودگی صوتی تاثیر می‌گذارد. این پژوهش به بررسی تاثیر شدت فرسایش لبه حمله بر عملکرد و صوت مقاطع پره پرداخته است. برای این منظور از روش شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ[i] برای مدل‌سازی جریان آشفته و از معادلات تشابه آکوستیکی فاکس-ویلیامز و هاوکینز[ii] برای محاسبه نویز آکوستیکی استفاده شده است. ابتدا روش‌های محاسباتی با داده‌های تجربی اعتبارسنجی شدند و سپس الگوهای فرسایش واقعی بر روی مقطع پره سه‌بعدی اعمال گردیده است. نتایج نشان می‌دهد که فرسایش لبه حمله منجر به تغییرات قابل توجهی در ساختار جریان، افزایش قدرت گردابه‌ها و تاخیر در جدایش لایه مرزی می‌شود. با افزایش شدت فرسایش، افت نیروی برآ[iii] تا 5 درصد و افزایش نیروی پسا تا 10 درصد مشاهده می‌شود. همچنین، فرسایش لبه حمله باعث افزایش سطح فشار صوت[iv] در محدوده فرکانس‌های پایین می‌شود، به طوری که در حالت فرسودگی شدید، افزایش نویز آکوستیکی به 18/12 دسی‌بل در فاصله 2/19 متری رسیده است. این افزایش نویز عمدتاً ناشی از تقویت گردابه‌های بزرگ و کاهش میرایی صوت در فرکانس‌های پایین است. این مطالعه نه تنها مکانیسم‌های فیزیکی مرتبط با فرسایش لبه حمله را روشن می‌کند، بلکه راه‌حل‌هایی برای تشخیص سریع‌تر آسیب و کاهش اثرات نامطلوب آن بر عملکرد آیرودینامیکی و آلودگی صوتی ارائه می‌دهد. 

computational analysis of the effect of leading edge erosion intensity on aerodynamic noise

leading-edge erosion of airfoils is one of the major challenges in the aerospace and wind energy industries, significantly affecting aerodynamic performance and noise pollution. this study investigates the impact of leading-edge erosion severity on blade sections’ aerodynamic performance and acoustic characteristics. to this end, large eddy simulation (les) is employed to model turbulent flow, while the ffowcs williams-hawkings (fwh) acoustic analogy is used to compute aeroacoustic noise. the computational methods were first validated against experimental data, and then realistic erosion patterns were applied to a three-dimensional blade section. the results indicate that leading-edge erosion induces significant changes in flow structures, enhances vortex strength, and delays boundary layer separation. as erosion severity increases, lift force degradation of up to 5% and drag force augmentation of up to 10% are observed. furthermore, leading-edge erosion leads to an increase in the sound pressure level (spl) in the low-frequency range. in cases of severe erosion, the aeroacoustic noise level rises by 12.18 db at a distance of 19.2 meters. this noise amplification is primarily attributed to the intensification of large-scale vortices and reduced sound attenuation at low frequencies. this study not only elucidates the physical mechanisms associated with leading-edge erosion but also provides insights into early damage detection and mitigation strategies to minimize its adverse effects on aerodynamic performance and noise pollution.