[發明專利]一種高超聲速風洞背景噪聲分頻分析方法

有效

• 申請號: 201711137625.2
• 申請日: 2017-11-16
• 公開（公告）號: CN107908592B
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 解少飛;紀鋒;湯繼斌;羅金玲;沈清
• 申請（專利權）人: 中國航天空氣動力技術研究院
• 主分類號: G06F17/14
• 分類號: G06F17/14;G06K9/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

本發明公開了一種高超聲速風洞背景噪聲分頻分析方法，包括以下步驟：S1、對測量得到的原始脈動信號S(t)進行預處理，以獲得脈動信號S'(t)；S2、計算脈動信號S'(t)的能譜密度分布PSD(f)；S3、將能夠識別的頻率范圍分割成多個頻率段；S4、根據脈動信號S'(t)的能譜密度分布和頻率段計算每個頻率段的脈動信號均方根；S5、根據每個頻率段的脈動信號均方根和測量得到的原始脈動信號的平均值，計算每個頻段的脈動信號的背景噪聲級別。

技術領域

本發明涉及一種高超聲速風洞背景噪聲分頻分析方法。

背景技術

高超聲速邊界層轉捩廣泛存在于航天飛行器的內外流中，其對飛行器的氣動力/熱載荷、控制效率、推進性能等都有重要影響。開展高超聲速穩定性試驗，研究邊界層轉捩機理，是建立轉捩預測方法和實現邊界層控制的重要手段。然而，高超聲速風洞背景噪聲的存在，使得該類試驗的不確定性顯著增加。因此，需要測量高超聲速風洞背景噪聲，分析背景噪聲中的成分分布，進而評估其對穩定性試驗的影響程度。

由于分析手段的缺乏，以往對高超聲速風洞背景噪聲的評估，僅僅依賴于參數(壓力、熱流或速度等)脈動的均方根值與均值的比值。常見的方法是Noise＝P_rms/P。一般認為，Noise小于3～5％時，背景噪聲對高超聲速邊界層轉捩的影響是可接受的。現有研究成果表明，風洞背景噪聲的頻帶很寬，約為0～1000kHz，甚至更高；高超聲速轉捩邊界層中存在多種擾動波，且主導頻率不同。顯然，研究者更關心某頻段(擾動波的主導頻率所在頻段)的噪聲對穩定性試驗的影響。然而，傳統的風洞背景噪聲評估方法，僅能給出全頻域的背景噪聲級別，針對性較差。

發明內容

本發明的技術解決問題是：鑒于風洞背景噪聲評估現有方法的缺陷，本發明提出了一種高超聲速背景噪聲分頻分析方法，以提高風洞背景噪聲評估的精確性和針對性。

本發明的技術解決方案是：一種高超聲速風洞背景噪聲分頻分析方法，包括以下步驟：

S1、對測量得到的原始脈動信號S(t)進行預處理，以獲得脈動信號S'(t)；

S2、計算脈動信號S'(t)的能譜密度分布PSD(f)；

S3、將能夠識別的頻率范圍分割成多個頻率段；

S4、根據脈動信號S'(t)的能譜密度分布和頻率段計算每個頻率段的脈動信號均方根；

S5、根據每個頻率段的脈動信號均方根和測量得到的原始脈動信號的平均值，計算每個頻段的脈動信號的背景噪聲級別。

根據本發明的一個實施例，在步驟S1中，對測量得到的原始脈動信號S(t)進行預處理包括以下步驟：

(1)消除原始脈動信號S(t)的零點漂移引起的趨勢效應，使原始脈動信號S(t)成為平穩的時間序列；

(2)對成為平穩的時間序列得原始脈動信號S(t)進行低通濾波得到信號隨時間變化的趨勢S_t(t)；

(3)通過等式S'(t)＝S(t)-S_t(t)獲得脈動信號S'(t)。

根據本發明的一個實施例，在步驟S2中，根據等式計算脈動信號S'(t)的能譜密度分布，其中，FFT(S'(t))為脈動信號S'(t)的快速傅里葉變換。

根據本發明的一個實施例，在步驟S3中，將能夠識別的頻率范圍等間距分割成多個頻率段。

根據本發明的一個實施例，能夠識別的頻率范圍為0-1000kHz，每個頻率段的寬度為50kHz。

根據本發明的一個實施例，在步驟S4中，根據等式計算每個頻率段的脈動信號均方根其中，f為當前頻段的下限，f+k為當前頻段的上限，k為當前頻段寬度。