[發明專利]高速列車模型在聲學風洞內的噪聲源定位方法

有效

• 申請號: 201611125527.2
• 申請日: 2016-12-09
• 公開（公告）號: CN106772248B
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發明（設計）人: 郝南松;龔小東;唐道鋒;黃奔
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心低速空氣動力研究所
• 主分類號: G01S5/22
• 分類號: G01S5/22
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 鄧世燕

本發明公開了一種高速列車模型在聲學風洞內的噪聲源定位方法，通過對傳聲器陣列形成的互譜矩陣中的每一個矩陣元素進行快速傅里葉變換；計算對于聲學試驗模型附近掃描平面上的任一掃描點，陣列的指向向量；計算陣列對每一個掃描點的輸出功率譜；計算任意需求掃描面內的噪聲幅值，從而得到高速列車在聲學風洞內的噪聲源圖。與現有技術相比，本發明的積極效果是：能在大型聲學風洞內，準確快速定位高速列車模型的氣動噪聲源位置，能準確給出聲源傳播路徑，不依賴噪聲源標定來修正風漂移量。其結果比數值模擬更準確、可信，比實車測量成本低、效率高，且不受鐵路地形和環境天氣等原因所限制。

技術領域

本發明涉及一種高速列車模型在聲學風洞內的噪聲源定位方法。

背景技術

在聲學風洞內，一般采取麥克風陣列架來定位噪聲源。由于列車模型是細長體，加上列車模型復雜，還有模擬地面的地板裝置對聲輻射產生反射和其他干擾。所以對高速列車噪聲源的定位帶來了新的困難和挑戰。

現有的高速列車氣動噪聲源定位研究主要是通過數值計算和實車測量，數值計算在模擬湍流細節時其準確性一直都需要以試驗作為參考，而實車測量時列車是運動的，測量設備是固定的，因此存在一個多普勒效應。在大型聲學風洞內，從高速列車氣動噪聲產生和傳播的原理出發，推導噪聲源定位的算法和實現手段，迫切需要系統化和正規化。而不是依賴經驗方法或單一頻率下的噪聲源標定修正算法。

發明內容

為了克服現有技術的上述缺點，本發明提出一種高速列車模型在聲學風洞內的噪聲源定位方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案：一種高速列車模型在聲學風洞內的噪聲源定位方法，將麥克風陣列架布置在高速列車模型側面進行吹風試驗；在試驗中對所有傳聲器通道進行同步采集，然后進行如下數據處理：

步驟一、對傳聲器陣列形成的互譜矩陣中的每一個矩陣元素進行快速傅里葉變換：

其中：mm’表示1～Mic任一麥克風之間組合，K為傳聲器陣列數據分塊數，Mic表示陣列的傳聲器數目，P_m'k(f)表示第m'個傳聲器第k段數據塊的頻域信號，W_s為頻譜分析所選取的數據窗函數常數，上標*號表示共軛，互譜矩陣下三角矩陣通過上三角對應矩陣元素復共軛得到；

步驟二、計算對于聲學試驗模型附近掃描平面上的任一掃描點，陣列的指向向量：

式中，第m個傳聲器的指向向量為

其中：A_m為第m個傳聲器的剪切層振幅修正因子，R_m表示聲波掃描點與傳聲器之間的傳播距離，R_c表示陣列中心點到掃描點之間距離，τ_m表示延遲時間，且

式中，表示聚焦位置到每m個傳聲器的距離，ω△t_m,shear為第m個傳聲器在頻率為ω時剪切層影響的相位修正值；

步驟三、計算陣列對每一個掃描點的輸出功率譜如下：

式中，上標T表示轉置，表示將陣列輸出功率譜轉化到單一傳聲器的量級，是G的歸一化，單個mic用p表示；

步驟四、計算任意需求掃描面內的噪聲幅值，從而得到高速列車在聲學風洞內的噪聲源圖。

與現有技術相比，本發明的積極效果是：能在大型聲學風洞內，準確快速定位高速列車模型的氣動噪聲源位置，能準確給出聲源傳播路徑，不依賴噪聲源標定來修正風漂移量。其結果比數值模擬更準確、可信，比實車測量成本低、效率高，且不受鐵路地形和環境天氣等原因所限制。