[發(fā)明專利]構(gòu)建多排人工模擬旋轉(zhuǎn)聲源發(fā)生器的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710472621.3
• 申請(qǐng)日: 2017-06-20
• 公開（公告）號(hào): CN107172534B
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王曉宇;李志彬;孫曉峰;景曉東;孫大坤;杜林;王敘理
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): H04R3/00
• 分類號(hào): H04R3/00
• 代理公司: 北京鼎承知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11551
• 代理人: 管瑩;韓德凱

本發(fā)明提供了一種構(gòu)建多排人工模擬旋轉(zhuǎn)聲源發(fā)生器的方法，包括：基于目標(biāo)模態(tài)、每排揚(yáng)聲器的數(shù)量、揚(yáng)聲器的發(fā)聲頻率以及用于布置多排揚(yáng)聲器所需的物理參數(shù)，計(jì)算所有排的每個(gè)揚(yáng)聲器各自的相位；通過計(jì)算機(jī)程序中的函數(shù)發(fā)生器程序，分別控制每個(gè)揚(yáng)聲器的發(fā)聲頻率、發(fā)聲幅值和發(fā)聲相位，其中每個(gè)揚(yáng)聲器的發(fā)聲頻率和發(fā)聲幅值是相同的；經(jīng)由輸出卡輸出到功率放大器，再將經(jīng)過放大的信號(hào)輸出到各個(gè)揚(yáng)聲器；通過安裝在下游的周向均勻布置的傳聲器陣列同步采集所有揚(yáng)聲器發(fā)出的聲音；以及經(jīng)由信號(hào)放大器和采集卡，將所采集的聲音信號(hào)輸入到計(jì)算機(jī)，通過所述計(jì)算機(jī)程序計(jì)算各個(gè)聲模態(tài)對(duì)應(yīng)的聲壓級(jí)，以評(píng)價(jià)所構(gòu)建的多排人工模擬旋轉(zhuǎn)聲源發(fā)生器。本發(fā)明還提供了根據(jù)該方法實(shí)施的多排人工模擬旋轉(zhuǎn)聲源發(fā)生器。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及人工模擬旋轉(zhuǎn)聲源發(fā)生器技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及用于構(gòu)建多排人工模擬旋轉(zhuǎn)聲源發(fā)生器的方法。

背景技術(shù)

進(jìn)入21世紀(jì)以來，由于對(duì)飛機(jī)噪聲強(qiáng)制性指標(biāo)的要求越來越高，聲學(xué)目標(biāo)越來越難以通過被動(dòng)聲學(xué)手段來實(shí)現(xiàn)。在此情況下，通過主動(dòng)噪聲控制實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)降噪受到越來越多的關(guān)注。具體地，飛機(jī)在起飛和著陸過程中的主要噪聲源之一是風(fēng)扇葉片的轉(zhuǎn)子靜子相互干涉。在上世紀(jì)60年代Tyler和Sofrin指出，轉(zhuǎn)靜干涉噪聲是諧波，并會(huì)激發(fā)出一個(gè)特殊的模態(tài)作為葉片的函數(shù)。這些諧波都是葉片通過頻率(BPF)的整數(shù)倍，如圖1所示，并且均較寬頻噪聲有30dB的聲壓級(jí)差。主動(dòng)噪聲控制目標(biāo)就是降低這些諧波的噪聲。

大量的已有測(cè)試表明，主動(dòng)噪聲控制可以顯著降低噪音。而通過仿真模擬則可更進(jìn)一步分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果并且預(yù)測(cè)降噪效果。為了能夠人工模擬不同模態(tài)占優(yōu)的聲場(chǎng)，人工模擬旋轉(zhuǎn)聲源發(fā)生器應(yīng)運(yùn)而生。該工具通過安裝在管道壁面的揚(yáng)聲器陣列產(chǎn)生特定模態(tài)占優(yōu)的聲場(chǎng)，主聲場(chǎng)具有一個(gè)占優(yōu)模態(tài)。通過改變揚(yáng)聲器控制規(guī)則實(shí)現(xiàn)不同的占優(yōu)模態(tài)，并且可以進(jìn)一步模擬航空發(fā)動(dòng)機(jī)，即入口、風(fēng)扇、靜子葉片和噴嘴處的噪聲。

目前，現(xiàn)有的人工模擬旋轉(zhuǎn)聲源發(fā)生器通過在管道壁面上周向均勻安裝單排揚(yáng)聲器陣列，改變揚(yáng)聲器發(fā)生規(guī)則來實(shí)現(xiàn)人工的模擬不同模態(tài)占優(yōu)的聲場(chǎng)。具體地，單排人工模擬旋轉(zhuǎn)聲源發(fā)生器的工作原理如下：

考慮流體受葉片施加非定常載荷的發(fā)聲的情況。先簡(jiǎn)化管道及葉片模型，使其滿足三維升力面理論基本假設(shè)：

1)管道內(nèi)壁為剛性壁面。管內(nèi)為無黏、可壓縮、等熵、亞聲速的均勻流動(dòng)。

2)平板葉片，并忽略厚度影響。

3)流動(dòng)入射角為0°，即攻角為0°的情況，只考慮葉片上的非定常載荷。

依據(jù)以上假設(shè)及Lighthill聲類比理論，可將待研究問題簡(jiǎn)化為偶極子源產(chǎn)生的聲場(chǎng)，其聲壓為：

其中：x(x₁，x₂，x₃)為靜止坐標(biāo)系下觀察點(diǎn)位；y(y₁，y₂，y₃)為靜止坐標(biāo)系下聲源位置；t為觀察時(shí)間；τ為發(fā)聲時(shí)間；S(y)為物體邊界表面；f_y為物體對(duì)其表面流體所施加的非定常力；G為格林函數(shù)，對(duì)于壓氣機(jī)的圓環(huán)管道，格林函數(shù)可表示為

上式中為靜止坐標(biāo)系下觀察點(diǎn)位置柱坐標(biāo)表示形式；為靜止坐標(biāo)系下聲源位置柱坐標(biāo)表示形式；α為z方向的波數(shù)；ω為發(fā)聲頻率；k₀為聲波波數(shù)；m與n均為整數(shù)，分別表示管道內(nèi)聲場(chǎng)的周向和徑向模態(tài)階數(shù)。

假設(shè)轉(zhuǎn)子葉片排中包含的轉(zhuǎn)子葉片數(shù)目為B，則可得疊加所有葉片產(chǎn)生的總聲壓為：

考慮上式中葉片數(shù)求和部分。考慮到轉(zhuǎn)子葉片數(shù)目較多，一般取σB/2π為整數(shù)。

綜合以上推導(dǎo)可知，單排轉(zhuǎn)子葉片的非同步震蕩發(fā)聲的葉片數(shù)目、轉(zhuǎn)速、葉片振動(dòng)頻率、葉片相位差、周向模態(tài)存在以下關(guān)系：