李偉，李國祥，王桂華，張健健，桑梧海

1. 山東大學(xué) 能源與動力工程學(xué)院，山東 濟南 250061；2. 康躍科技(山東)有限公司，山東 濰坊 262718

0 引言

現(xiàn)代汽車行業(yè)，幾乎全部柴油機和絕大部分高性能汽油機都采用渦輪增壓技術(shù)。發(fā)動機小型化及低速扭矩的提高導(dǎo)致增壓器的運行點更接近喘振區(qū)域[1]，葉輪出口線速度隨發(fā)動機強化程度的增加不斷提升，而葉輪功率和升功率分別隨葉輪出口線速度的3次方和5～6次方增加[2]?，F(xiàn)代渦輪增壓器壓氣機的設(shè)計具有較高的效率和流量[3]，氣動優(yōu)化的結(jié)果增加了葉片的平均應(yīng)力，導(dǎo)致渦輪增壓器氣動噪聲明顯增加[4-5]。近年來增壓器噪聲問題愈加突出，成為發(fā)動機系統(tǒng)中最受關(guān)注的噪聲之一。本文在分析渦輪增壓器工作原理的基礎(chǔ)上，詳細闡述增壓器各種噪聲的產(chǎn)生機理及渦輪增壓器噪聲控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀，并指出渦輪增壓器噪聲控制技術(shù)的發(fā)展方向。

1 渦輪增壓器工作原理及噪聲

圖1 渦輪增壓器工作原理示意圖

1.1 工作原理

渦輪增壓器主要由壓氣機(壓氣機殼、葉輪)、渦輪機(渦輪、渦輪殼)、廢氣旁通閥等組成。工作原理示意圖如圖1所示，發(fā)動機排出的廢氣一部分通過廢氣旁通閥，另一部分驅(qū)動渦輪轉(zhuǎn)動，渦輪驅(qū)動同軸的葉輪旋轉(zhuǎn)，新鮮空氣通過進氣口被軸向吸入葉輪，氣體在葉輪內(nèi)壓縮后再進入擴壓器(位于壓氣機之后，有無葉擴壓器與葉片擴壓器2種)，在擴壓器中部分氣體動能轉(zhuǎn)化為壓力能。為進一步提升增壓系統(tǒng)的效率，一般在壓氣機殼下游安裝中冷器，以降低壓縮氣體的溫度，經(jīng)過中冷器后的壓縮氣體最終進入發(fā)動機氣缸。通過廢氣旁通閥和渦輪的廢氣匯總后經(jīng)發(fā)動機排氣管排至外界。

1.2 噪聲產(chǎn)生機理

渦輪增壓器工作時會產(chǎn)生氣動噪聲和結(jié)構(gòu)噪聲。氣動噪聲分為Whoosh噪聲、喘振噪聲、葉片音調(diào)噪聲、電鋸噪聲、葉頂間隙噪聲等。結(jié)構(gòu)噪聲分為軸承系統(tǒng)噪聲與Rattle噪聲等。

根據(jù)萊特希爾理論，在流體中產(chǎn)生聲音有3種機理：1)波動的體積流量——單極子源； 2)波動的表面壓力——偶極子源；3)自由湍流——四極子源[6]。當(dāng)葉片速度達到或超過聲速時會產(chǎn)生單極子源。偶極子源是氣動噪聲的主要貢獻者，尤其在流量小的情況下。四極子源對渦輪增壓器而言作用不明顯。由于葉片載荷不均勻，大多數(shù)噪聲由葉輪產(chǎn)生。葉片載荷不均勻與流體運動不穩(wěn)定密切相關(guān)，非定常仿真分析揭示了壓氣機在小流量下的流動不穩(wěn)定與噪聲之間的聯(lián)系[7]，試驗研究證實在非設(shè)計工況下的不穩(wěn)定流動產(chǎn)生噪聲[8]。在設(shè)計工況點，流場基本均勻、穩(wěn)定，當(dāng)壓氣機流量減小時，流動變得不均勻和不穩(wěn)定[9]。壓氣機內(nèi)部存在2種不穩(wěn)定：旋轉(zhuǎn)失速和喘振。

1.2.1 旋轉(zhuǎn)失速與Whoosh噪聲

旋轉(zhuǎn)失速是一種二維或三維局部失穩(wěn)，其不僅引起氣流紊亂和氣動噪聲增加，而且?guī)斫惶孀饔昧娃D(zhuǎn)子系統(tǒng)的徑向跳動，嚴(yán)重影響增壓器的安全運行。根據(jù)失速特性,失速可分為模態(tài)型和尖峰型[10-11]；根據(jù)發(fā)生位置，失速可分為葉輪失速和擴壓器失速，擴壓器失速又可分為無葉擴壓器失速和葉片擴壓器失速。

1.2.1.1 無葉擴壓器失速

無葉擴壓器失速目前主要由邊界層出現(xiàn)徑向反向流動[12]與中心流動的不穩(wěn)定性[13]引起。無葉擴壓器失速有2種：一種是擴壓器出口氣流的反向流動，另一種是從葉輪輪轂側(cè)和葉輪子午線(從進口到出口頂端的葉輪型線)側(cè)產(chǎn)生的局部分離區(qū)域的增長，前者在相對較高的流量系數(shù)下可觀察到，后者在較低的流量系數(shù)下能觀察到[14]。大尺寸渦旋和反向流動[15-17]是無葉擴壓器失速發(fā)生時流場的2個主要特征，二者互相影響。Sun等[18]認為葉輪泄漏流動和葉輪通道出口的強壓力變化是初始分離渦旋形成的原因。Marconcini等[19]對失速時的流場特征進行了非定常仿真分析，失速團的旋轉(zhuǎn)及反向流動清晰可見。

1.2.1.2 葉片擴壓器失速

由于受到擴壓器葉片角度及形狀等的影響，葉片擴壓器失速更加復(fù)雜[20]。葉片擴壓器氣流分離開始后1.00～1.26 s時，葉片擴壓器在距離輪轂20%的葉片高度上第8～11葉片通道內(nèi)葉片輪轂側(cè)的瞬時絕對速度分布[21]如圖2所示。葉片擴壓器失速是由擴壓器通道喉口區(qū)域附近的堵塞演化引起的。失速首先在葉輪子午線側(cè)附近，然后移動到葉輪輪轂側(cè)，在葉輪輪轂側(cè)附近產(chǎn)生龍卷風(fēng)型渦旋，由于無葉空間中的邊界層分離，導(dǎo)致葉輪輪轂側(cè)附近的喉口區(qū)域堵塞，葉片擴壓器通道內(nèi)的堵塞擴展到葉輪通道并最終發(fā)展為整級失速。

a)經(jīng)過1.00 s b)經(jīng)過1.14 s c)經(jīng)過1.26 s 圖2 葉片擴壓器距輪轂20%葉片高度上第8～11葉片通道內(nèi)葉片輪轂側(cè)的瞬時絕對速度分布

1.2.1.3 葉輪失速

旋轉(zhuǎn)失速時葉輪通道的流動表現(xiàn)出明顯的非均勻特性，反向流動、渦旋和部分通道堵塞是葉輪失速時流場的主要特征。葉輪流量小于設(shè)計流量時，葉片壓力側(cè)產(chǎn)生明顯大尺度渦旋，繼續(xù)減小流量，葉輪出口區(qū)域反向流動渦旋開始發(fā)展，內(nèi)部流場表現(xiàn)出明顯不對稱性。葉輪失速時，由于氣流角(葉輪進口旋轉(zhuǎn)方向與進入氣流的夾角，一般為銳角)明顯減小,導(dǎo)致每個葉片通道的出口區(qū)域產(chǎn)生大尺寸渦旋，部分葉片出現(xiàn)幾乎占據(jù)整個通道的與旋轉(zhuǎn)方向相反的渦旋，導(dǎo)致部分葉片通道部分堵塞， 3種設(shè)計流量QN下葉輪50%葉片高度位置處相對速度分布的演變[22]如圖3所示。

a)0.2QN b) 0.4QN c) 0.6QN 圖3 3種流量下葉輪50%葉片高度位置處相對速度的演變

1.2.1.4 開爾文-赫爾姆霍茲不穩(wěn)定性

在接近葉輪失速時，存在開爾文-赫爾姆霍茲不穩(wěn)定性，該不穩(wěn)定現(xiàn)象與旋轉(zhuǎn)失速及旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定性不同，此時增壓器仍在穩(wěn)定運行，該不穩(wěn)定是局部的，可能是旋轉(zhuǎn)失速的前兆。流量的減少導(dǎo)致在分離葉片前緣接近子午線位置積累低動量流體，低動量流體與主流流體形成強烈的剪切層區(qū)。在接近葉輪失速條件下，剪切層中的強速度梯度使開爾文-赫爾姆霍茲不穩(wěn)定性發(fā)展并導(dǎo)致周期性的渦旋形成[23]。

1.2.1.5 Whoosh噪聲

旋轉(zhuǎn)失速是Whoosh噪聲的來源。葉輪質(zhì)量流量為77 g/s時50%葉片高度位置的葉輪子午線速度(子午速度)如圖4所示，圖4中黑色所示為標(biāo)記葉輪葉片。當(dāng)增壓器轉(zhuǎn)速不變時，子午線的型線及相對位置固定，故葉輪質(zhì)量流量為77 g/s時，葉輪子午線速度恒定不變，但葉輪在旋轉(zhuǎn)過程中會發(fā)生失速團的演化及傳播。葉輪旋轉(zhuǎn)90°過程中2個失速團(①②)的演化及傳播如圖4所示，其中θ0為葉輪旋轉(zhuǎn)起始角度。2個失速團導(dǎo)致大約1.8 kHz的氣動噪聲[24]。

a)θ0 b)θ0+30° c)θ0+60° d)θ0+90° 圖4 葉輪質(zhì)量流量為77 g/s時葉輪50%葉片高度位置失速團的演化

1.2.2 喘振及喘振噪聲

出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)失速后再減少流量到一定程度，開始出現(xiàn)喘振。喘振是一維不穩(wěn)定，其特征是整個壓氣機系統(tǒng)周向平均質(zhì)量流量的振蕩。在較寬的頻率范圍內(nèi)，喘振往往與旋轉(zhuǎn)失速并存。在近喘振點，擴壓器和葉輪流場明顯不規(guī)則。失速發(fā)生在葉片頂端，反向流動由子午線側(cè)進一步延伸到葉輪上游，葉片通道內(nèi)軸向速度為負。在近喘振情況下存在流場與聲學(xué)的耦合，在設(shè)計運行工況下沒有流場與聲學(xué)耦合現(xiàn)象的發(fā)生。

1.2.3 流道喉舌及葉片音調(diào)噪聲

葉片音調(diào)噪聲中最主要是葉片通過頻率(blade passing frequency，BPF)噪聲，葉片通過頻率

f=if0N，

式中：i為諧次，f0為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率，N為葉片數(shù)量。

增壓器轉(zhuǎn)速越高，i相同的情況下，f越高。壓氣機殼的流道喉舌對葉輪內(nèi)流體流動及壓氣機殼流道內(nèi)的壓力分布產(chǎn)生重要影響，由于喉舌對上游氣流的作用，葉輪掃過喉舌時，在喉舌附近產(chǎn)生強的湍流，形成渦旋，葉輪通道周期性經(jīng)歷阻塞、暢通的變化，再加上進入氣流的擾動，導(dǎo)致葉片壓力周期性變化，產(chǎn)生壓氣機BPF噪聲。葉片掃過喉舌過程中，部分葉片通道經(jīng)歷典型的阻塞和暢通，如圖5所示。隨著葉片接近喉舌，多個渦旋在葉輪通道4內(nèi)發(fā)展，幾乎占據(jù)了部分葉片的整個通道4，造成葉片通道4阻塞。葉片通過喉舌后，葉片通道4逐步暢通，相應(yīng)流量恢復(fù)。渦輪進口流場圓周和軸向方向呈現(xiàn)明顯不均勻性，尤其是在喉舌區(qū)域。此外，渦輪內(nèi)部流場存在明顯壓力和速度梯度。當(dāng)渦輪掃過喉舌時，渦輪應(yīng)力周期性變化，再加上進入氣流的擾動，產(chǎn)生渦輪機BPF噪聲。壓氣機及渦輪機的BPF可至20 kHz以上。

f)θ0+240° g)θ0+270° h)θ0+300° i)θ0+330° 圖5 失速時葉片掃過喉舌不同位置時相對速度的演變

1.2.4 電鋸噪聲

圖6 軸流式發(fā)動機渦扇在超音速下產(chǎn)生的激波

當(dāng)葉片速度達到或超過聲速時才會產(chǎn)生單極子源。在超聲速情況下，旋轉(zhuǎn)激波將會附著在葉片上，單極子源頻率是旋轉(zhuǎn)頻率的諧波，此類旋轉(zhuǎn)激波噪聲稱為電鋸噪聲。在超音速情況下，轉(zhuǎn)子引起的壓力場由在上游擴散的激波和膨脹波組成，激波一般位于葉片前緣附近，如果類似鋸齒的壓力波波形規(guī)則，且沖擊強度不高，則所有沖擊相對于迎面而來的流體以不受干擾的聲速傳播到葉輪的上游。軸流式渦扇葉片在超音速情況下產(chǎn)生的激波如圖6所示[25]，圖6中Ma、Ma′分別為渦扇進氣口和出氣口的馬赫數(shù)，Mrel為Ma和Ma′平方和的算術(shù)平方根，x方向為類似鋸齒的壓力波的傳播方向。電鋸噪聲通常發(fā)生在發(fā)動機高功率工況下。由于附著在葉片上的激波在上游方向可以有效傳播，在下游方向卻不能，因此壓氣機殼出口的電鋸噪聲頻率一般在葉片通過頻率以下。

1.2.5 旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定性與葉頂間隙噪聲

旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定性與旋轉(zhuǎn)失速有很大不同，在壓氣機的穩(wěn)定范圍內(nèi)存在葉片旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定性，它不一定導(dǎo)致全葉高的旋轉(zhuǎn)失速，但會增加葉頂間隙噪聲并激勵葉片振動。葉片旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定沿周向傳播，其周向速度一般為轉(zhuǎn)子速度的50%～60%。發(fā)生旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定時，葉頂間隙內(nèi)存在反向流動，造成葉片頂端區(qū)域堵塞，葉片壓力面與吸力面之間壓差驅(qū)動產(chǎn)生的葉頂間隙流動和相鄰葉片流動周期性相互作用，在每個葉片頂端形成強烈波動的渦旋，波動的葉頂渦旋沿圓周方向傳播[26]。在某些情況下不穩(wěn)定的渦旋脫落，在聲譜中產(chǎn)生一個峰值，該現(xiàn)象在葉頂間隙處最為明顯，稱為葉頂間隙噪聲。產(chǎn)生葉頂間隙噪聲的3個必要條件是旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定性、存在相對大的葉頂間隙和葉片壓力面及吸力面間存在足夠高的壓差，這時葉輪的實際流量小于或等于設(shè)計流量。實際運行時絕大部分轉(zhuǎn)速為亞音速，故葉頂間隙噪聲成為不可忽視的重要噪聲。

1.2.6 軸承系統(tǒng)噪聲

增壓器浮動軸承與渦輪轉(zhuǎn)子、擴壓器殼均為間隙配合，浮動軸承與渦輪轉(zhuǎn)子、擴壓器殼間的油膜分別稱為內(nèi)油膜、外油膜。在軸承間隙中潤滑油流量差的推動下，油膜具有推動轉(zhuǎn)子繞軸承中心渦動的固有特性。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速較低時，轉(zhuǎn)子中心處在一個穩(wěn)定的偏心距和偏位角下工作，該轉(zhuǎn)子中心所在位置稱為平衡位置。但當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速增加到某一數(shù)值后，轉(zhuǎn)子中心不再維持在該平衡位置運轉(zhuǎn)，而開始繞平衡位置渦動，即轉(zhuǎn)子中心繞平衡位置作封閉軌跡的運動，因是內(nèi)油膜驅(qū)動，因此該運動又稱為內(nèi)油膜渦動。同理，浮動軸承繞平衡位置的渦動又稱為外油膜渦動。渦動的角頻率(簡稱渦動頻率)隨著增壓器轉(zhuǎn)速的升高而升高。內(nèi)油膜及外油膜渦動相互作用，軸承內(nèi)油膜間隙明顯小于外油膜間隙，內(nèi)油膜摩擦力明顯高于外油膜，導(dǎo)致內(nèi)油膜溫度明顯高于外油膜，軸承系統(tǒng)噪聲主要由內(nèi)油膜渦動產(chǎn)生[27]。

油膜渦動試驗發(fā)現(xiàn)[28]：轉(zhuǎn)子剛開始旋轉(zhuǎn)時，浮動軸承未旋轉(zhuǎn)，內(nèi)油膜開始出現(xiàn)渦動，其渦動頻率為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率的0.5倍；當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速約為25 000 r/min時，浮動軸承開始轉(zhuǎn)動，內(nèi)油膜渦動頻率發(fā)生跳躍，為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率與浮動軸承旋轉(zhuǎn)頻率之和的0.5倍；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速增加到約58 000 r/min，當(dāng)內(nèi)油膜渦動頻率與轉(zhuǎn)子固有頻率一致時，轉(zhuǎn)子及軸承系統(tǒng)發(fā)生強烈振動，出現(xiàn)油膜振蕩，此時內(nèi)油膜渦動頻率再次發(fā)生跳躍；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速約為80 000 r/min時，開始有較明顯的外油膜渦動，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速約為125 000 r/min時，外油膜渦動不再明顯；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速約為136 000 r/min時，內(nèi)油膜渦動頻率隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速增加而快速下降。急加速及急減速工況容易出現(xiàn)油膜振蕩。

1.2.7 Rattle 噪聲

增壓器采用通流能力小的渦輪機提升低速段的增壓壓力及進氣流量。為保證增壓器的可靠性，高速段通過廢氣旁通閥排掉部分廢氣，避免增壓器超速。廢氣旁通閥普遍采用壓氣機出口壓力驅(qū)動，雖然解決了增壓器的可靠性問題，但帶來了不可忽視的Rattle噪聲。為保證廢氣旁通機構(gòu)在高溫下正常工作，各運動部件之間存在設(shè)計間隙，旁通閥開啟時，由于缺少約束，零部件間發(fā)生振動敲擊產(chǎn)生Rattle 噪聲。此外，進、排氣脈沖，發(fā)動機標(biāo)定時部分轉(zhuǎn)速區(qū)域增壓壓力變化劇烈[29]，執(zhí)行器設(shè)計、匹配不合理[30-31]等也可能產(chǎn)生Rattle 噪聲。Rattle 噪聲雖聲壓級不高，但處于人耳比較敏感的頻率段，且由于處于高溫環(huán)境一般難以設(shè)置降噪措施，該噪聲容易被識別。

2 Whoosh噪聲研究現(xiàn)狀

3 噪聲控制技術(shù)綜合分析及發(fā)展方向

3.1 噪聲控制技術(shù)綜合分析

由于現(xiàn)代消聲器的良好阻尼特性及后處理措施，渦輪增壓器渦輪機的噪聲通常與進氣側(cè)和壓氣機有關(guān)。雖然空氣濾清器會衰減壓氣機進口的噪聲，但未衰減的高頻噪聲仍會通過壓氣機與空氣濾清器和中冷器的聯(lián)接管道傳播。噪聲問題具有固有的主觀性，人類可感知的聲音頻率大約為20～20 000 Hz，人最敏感的聲音頻率大約為2000～4000 Hz。由于計算機能力的提升和仿真方法的改進，現(xiàn)在已可以采用大渦模擬或分離渦流模擬研究渦輪增壓器內(nèi)部的復(fù)雜流動及噪聲源。目前主要采取主動降噪和被動降噪2種措施降低渦輪增壓器的噪聲。

3.1.1 主動降噪

旋轉(zhuǎn)失速是決定壓氣機穩(wěn)定運轉(zhuǎn)范圍的主要限制因素之一，改善旋轉(zhuǎn)失速有利于改善Whoosh噪聲。旋轉(zhuǎn)失速的研究一直集中在減少旋轉(zhuǎn)失速的發(fā)生和擴大穩(wěn)定工作范圍上，空氣噴射是擴大壓氣機穩(wěn)定工作范圍最有效的途徑之一。在無葉擴壓器中注入相對較高流速的空氣，改善低流動區(qū)域的流動，阻止從無葉擴壓器到葉輪的反向流動，Halawa等[45]、Zhang等[46]通過數(shù)值分析和試驗討論了空氣注入位置、流量和方向等的變化對失速的影響。在葉輪前緣噴入空氣使前緣頂端附近的吸入側(cè)產(chǎn)生更高的壓力，改變?nèi)~輪前緣頂端泄漏軌跡，改善頂端泄漏流動與吸力面分離流動之間的相互作用。壓氣機殼流道的非軸對稱流場對失速和喘振有顯著影響，并引起周向差異，可以建立和開發(fā)考慮非均勻流場和周向差異的新壓氣機殼設(shè)計方法，以提高壓氣機的穩(wěn)定性[47]。可以通過設(shè)計帶收縮壁的擴壓器[48]和增加葉片出口角[49]來抑制失速團速度。葉片擴壓器前緣輪轂側(cè)設(shè)計錐形擴壓葉片可抑制前緣渦旋的演化，有效防止葉片擴壓器在低流量下失速，不僅能有效降低葉片通過頻率噪聲水平，而且能有效降低寬帶噪聲，同時能夠提升壓氣機的性能[50]。實際應(yīng)用中還可以通過選用更小的壓氣機，減小葉輪Trim值(壓氣機葉片的進氣端直徑平方和出氣端直徑平方之比，再乘以100)，增加機匣結(jié)構(gòu)等方式改善Whoosh噪聲。

改善壓力分布不均勻性，以改善葉輪受力，是控制渦輪增壓器噪聲的有效措施之一。增加葉輪與喉舌的距離[51-53]、優(yōu)化流道設(shè)計，可以改善壓力分布。增加葉輪葉片數(shù)會使得單個葉片受力減小，減小噪聲幅值，同時葉片音調(diào)頻率增加，可能會降低人耳敏感度。采用周向不均勻設(shè)計的葉輪可以明顯改善人耳聽力范圍內(nèi)的噪聲[54]。

調(diào)整軸承間隙或結(jié)構(gòu)等改善油膜渦動是改善軸承系統(tǒng)噪聲的最常見措施。合理設(shè)計軸承間隙[55]，軸承內(nèi)、外表面開槽[56]，采用半浮動軸承[57]等可以改善油膜渦動。Kumah等[58]研究發(fā)現(xiàn)渦輪端和壓氣機端浮動軸承采用不同內(nèi)、外間隙更有利于改善油膜渦動，并設(shè)計出“不同軸承間隙”結(jié)構(gòu)。

增壓器執(zhí)行器增加穩(wěn)壓腔結(jié)構(gòu)，降低執(zhí)行器入口的壓力脈沖，有利于改善Rattle噪聲。若空間排布允許，該穩(wěn)壓腔還可以單獨排布在脈沖電磁閥與執(zhí)行器之間[59-60]；如果空間排布受限，可以考慮將穩(wěn)壓腔與執(zhí)行器集成在一起。采取減小旁通閥門機構(gòu)零部件配合間隙或增加彈性墊片等方式消除傳動片與套座、閥門蓋與閥桿之間的間隙[61]，限制零部件運動自由度，調(diào)整發(fā)動機控制策略控制增壓壓力變化，優(yōu)化執(zhí)行器的控制也是常用降噪措施。Toussaint等[62]將普通扁平式旁通閥門調(diào)整為新型整體式球形閥門結(jié)構(gòu)，與扁平旁通閥門相比，在可控性、噪聲、可靠性等方面存在顯著優(yōu)勢，降低對噪聲的敏感性，但新型整體式球形閥門鑄造及加工工藝復(fù)雜，成本增加。

3.1.2 被動降噪

消聲器是有效控制增壓器噪聲的被動措施，在壓氣機進口[63-64]及出口安裝合適的消聲器可以改善特定頻率段的噪聲。有的增壓器廠家還將壓氣機殼和消聲器集成，這樣可以部分解決空間排布問題。通過增加管道壁厚或?qū)⒐艿啦牧嫌伤芰险{(diào)整為金屬等，在一定程度上改善噪聲，但會增加成本。對管道或后處理進行被動聲學(xué)包裹也會在一定程度上改善噪聲[65]，但該方法除增加成本外，還需考慮空間排布問題，同時還要考慮包裹聯(lián)接可靠性問題，該措施實際應(yīng)用不多。對于海洋用的大型渦輪增壓器，通用的措施是用隔音外殼封閉整個裝置。除管道外，中冷器及后處理裝置是與渦輪增壓器相關(guān)的部件，中冷器及后處理裝置可以作為消聲器來控制進排氣系統(tǒng)噪聲。

進氣管道形狀影響葉輪周向壓力分布，壓氣機前采用普通直管對喘振線的改善表現(xiàn)最差，錐形管不僅改善了喘振線，而且在大流量時還能適當(dāng)增加壓氣機的壓比，能適當(dāng)提升壓氣機性能。壓氣機進口增加預(yù)旋裝置有利于改善喘振，但預(yù)旋裝置主要在研發(fā)階段，實際應(yīng)用較少。自循環(huán)套管處理是一種廣泛應(yīng)用的被動控制方法，可擴展高壓縮比離心壓縮機的工作范圍。優(yōu)化的非對稱自循環(huán)套管處理比對稱的自循環(huán)套管處理更能有效提高壓氣機的穩(wěn)定性，可以減少主葉片入口處的周向流動畸變。

3.1.3 關(guān)系噪聲的過程控制

除主動降噪和被動降噪外，關(guān)系噪聲的過程控制容易被忽略。工程應(yīng)用中需識別關(guān)系噪聲的重要產(chǎn)品特性及過程特性，進行針對性過程控制。流道鑄瘤、鑄孔，鑄造或加工過程的流道偏擺，流道毛刺及飛邊等尖銳結(jié)構(gòu)，貫穿流道的螺紋孔結(jié)構(gòu)，葉輪和渦輪不合理的尖銳去重結(jié)構(gòu)等都會對增壓器噪聲產(chǎn)生不利影響。改善壓氣機和渦輪機的流道粗糙度可以改善流場氣流的均勻性，有利于改善噪聲。

3.2 發(fā)展方向

過去10 a來計算機設(shè)備和仿真方法的發(fā)展提高了數(shù)值模擬方法合理預(yù)測氣動噪聲的能力。為更好地進行數(shù)值分析和試驗研究，需高精度噪聲測量設(shè)備，大學(xué)與產(chǎn)業(yè)的合作有待加強。由于沒有完整描述流動不穩(wěn)定性和固體表面非定常壓力載荷的時空演化，同時缺乏聲音產(chǎn)生機制的知識，限制了壓氣機及增壓器在聲學(xué)性能方面的優(yōu)化。雖然對旋轉(zhuǎn)失速及其相對不穩(wěn)定性的研究已有多年，但在一種新的壓氣機系統(tǒng)中，仍無法有效預(yù)測失速。進排氣脈沖有利于提高發(fā)動機性能，但進、排氣脈沖對增壓器噪聲的影響還不清晰。增壓器朝著小型化、更高壓比和更高轉(zhuǎn)速方向發(fā)展，必將進一步凸顯增壓器氣動噪聲控制的重要性。壓氣機氣動噪聲是渦輪增壓器噪聲控制的重點及難點，只有聯(lián)合主動和被動降噪措施，才能有效控制該噪聲。相比于壓氣機，對渦輪機的研究偏少，近幾年渦輪機葉片音調(diào)噪聲愈加突出。渦輪增壓器與整個發(fā)動機系統(tǒng)乃至整車系統(tǒng)相結(jié)合，進行系統(tǒng)聯(lián)合控制將是后續(xù)增壓器噪聲控制的方向。將來的工作旨在揭示流場不穩(wěn)定性、噪聲源和觀測到的噪聲之間的相關(guān)性。