The aim of this research is to investigate the discrete tonal noise generated at low Reynolds number with a variation of angle of attack and freestream velocity. In order to meet the research objectives, experimental testing on NACA0015 airfoil was done in the anechoic wind tunnel to measure the sound spectrum at low Reynolds number of $7.0×10^4≤Re≤9.5×10^4$ and at angle of attack of $0^\circ≤α≤5^\circ$. Amplification of TS-waves by laminar separation bubble on the airfoil pressure side is known to be a necessary criterion in the generation of high intensity tonal noise whereas acoustic feedback mechanism contributes in the generation of the discrete tonal noise. It is shown in this thesis that previously proposed empirical models have limitations in predicting primary frequency at low Reynolds number when angle of attack varies. It is also shown that the airfoil tonal noise is of the highest intensity at $α=0^°$ and gradually decreases before disappearing beyond $α=5^\circ$ due to insufficient amplification of TS-waves at higher angle of attack. Each secondary tonal frequency is associated with acoustic feedback mechanism having velocity dependency of $~U^{0.8}$ while the primary frequency is associated with the most amplified TS-wave and is prone to exhibit ladder structure behavior with velocity dependency of $~U^{1.3}$. The work continues to study the effect of external acoustic excitation on the airfoil discrete tonal noise. The effect of excitation amplitude of 70dB and 90dB and excitation frequencies of 3000Hz and 2000Hz on the airfoil discrete tonal noise were studied at angle of attack of $0°, 3°, and 5°$. External acoustic excitation at proper excitation amplitude and excitation frequency is found able to suppress airfoil tonal noise. Acoustic excitation of 3000Hz and 90dB was found best to suppress tonal noise at angles of attack $3° and 5°$. In general, acoustic excitation only affects the behavior of the primary frequency. The primary frequency dependency at $α=0°$ was found to change to $~U^{2.0}$ with acoustic excitation at 3000Hz and 90dB as well as 2000Hz and 70dB. However, each discrete frequency was found to have $~U^{0.8}$ dependency with freestream velocity, which is similar to the case without excitation. Additionally, linear stability analysis was carried out to understand the behavior of TS-wave, which is the primary cause of the tonal noise. The effect of acoustic forcing on the naturally amplified TS-waves is investigated. The study was done by introducing acoustic forcing term into the OSE and the speed of propagation of the most amplified TS-wave was solved using the shooting method.
이 연구의 목적은 낮은 레이놀즈 수에서 발생하는 분절 소음을 받음각과 자유 유속의 변화에 따라 조사하는 것이다. 연구 목적을 달성하기 위해 NACA0015 익형에 대한 실험을 무향풍동에서 수행하여 낮은 레이놀즈 수$(7.0×10^4≤Re≤9.5×10^4)$ 와 $0°≤α≤5°$ 의 받음각에서 소음 스펙트럼을 측정 하였다. 익형 압력 면에서의 층류 분리 기포에 의한 TS 파의 증폭은 고조도 분절 소음 발생에 필요한 기준으로 알려져 있는 반면 음향 피드백 메커니즘은 분절 소음 생성에 기여한다. 이 논문에서 이전에 제안 된 경험적 모델은 각이 변할 때 낮은 레이놀즈 수에서 1 차 주파수를 예측하는 데 한계가 있음을 알 수 있다. 또한 익형 분절 소음은 $α=0°$에서 가장 높은 강도를 가지며 더 높은 받음각에서 TS-파의 불충분 한 증폭으로 인해 $α=5°$ 이상으로 사라지기 전에 점차적으로 감소 함을 보인다. 각 2 차 음조 주파수는 ~U^0.8 의 속도 종속성을 갖는 음향 피드백 메커니즘과 관련되는 반면, 1 차 주파수는 가장증폭 된 TS 파와 연관되어 있으며, $~U^{1.3}$ 의 속도 종속성을 갖는 사다리 구조 거동을 나타내는 경향이 있다. 본 연구는 익형 분절 소음에 대하여 외부 음향 가진에 대한 영향을 연구하는 것입니다. 익형 분절 소음에 대해 진폭 70dB와 90dB의 영향과 3000Hz와 2000Hz의 주파수 영향을 $0°, 3°, 그리고 5°$ 받음각에 따라 연구하였다. 적절한 진폭과 주파수에서 외부 음향 가진으로 익형 분절 소음을 억제 할 수 있다. 받음각 $α=0°$에서 1차 주파수는 3000Hz와 90dB, 2000Hz와 70dB로 $~U^{2.0}$의 속도 종속성을 갖는 것을 밝혀냈다. 그러나, 각각의 이산 주파수는 ~U^0.8 의 속도 종속성을 갖는 것으로 밝혀 졌는데, 이는 음향 가진이 없는 경우와 유사하다. 또한 선형 안정성 분석은 분절소음의 주요 원인 인 TS 파의 거동을 이해하기 위해 수행되었다. 자연적으로 증폭된 TS 파에 대한 음향 강제 효과가 조사되었다. 이 연구는 OSE에 음향 강제 항을 도입하여 이루어졌으며 가장 증폭 된 TS 파의 전파 속도는 수치적인 방법으로 해결하였다.
