研究客機(jī)上的噪聲源

為了能開(kāi)發(fā)出更為安靜的客機(jī)，我們必須定位所有的噪聲源，以加強(qiáng)我們對(duì)噪音生成原理的認(rèn)識(shí)。在開(kāi)發(fā)一架飛機(jī)時(shí)，我們可以通過(guò)數(shù)值分析和模型測(cè)試yu測(cè)噪音等級(jí)。然而，實(shí)際飛機(jī)噪音的屬性和特性只能在實(shí)際飛行測(cè)試中才能獲得。利用聲音波束成形技術(shù)來(lái)定位噪音源是一種有效可行的方法。波束成形是一種使用定位噪聲源的方法，同時(shí)能獲得噪聲源的振幅。

相位麥克風(fēng)陣列的測(cè)量

相位陣列包含了許多麥克風(fēng)，分布在一個(gè)大直徑的范圍上。利用噪聲源的聲波到達(dá)每個(gè)麥克風(fēng)時(shí)間的微小差別，我們可以估算出每個(gè)噪聲源的位置和強(qiáng)度。在這個(gè)測(cè)試中，我們?cè)O(shè)計(jì)了相位陣列來(lái)辨識(shí)飛行于120米高度的飛機(jī)上兩個(gè)相距4米的1kHz音頻信號(hào)。這個(gè)相控陣列包含了99個(gè)麥克風(fēng)，分布在一個(gè)直徑30米的圓形區(qū)域上。

飛行中的噪聲源定位測(cè)試必須包括飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài); 聲覺(jué)測(cè)量，以及飛機(jī)飛過(guò)相位陣列時(shí)的位置、高度和速度。因?yàn)轱w機(jī)產(chǎn)生的噪音在傳輸?shù)降孛纣溈孙L(fēng)的過(guò)程中會(huì)被大氣削弱，因此我們還需要記錄氣象數(shù)據(jù)，例如風(fēng)向、速度、溫度和濕度。

圖1：跑道上的相位陣列和線掃描攝像機(jī)

圖2：相位麥克風(fēng)陣列

圖3：線掃描攝像機(jī)

系統(tǒng)主要的一個(gè)特性是能對(duì)聲音和飛行參數(shù)進(jìn)行同步測(cè)量。我們將兩臺(tái)線掃描攝像機(jī)與地面上的相位陣列放置在一起，從而完成了這個(gè)測(cè)試。如圖1所示，這兩臺(tái)攝像機(jī)分別直立在飛機(jī)飛行方向的兩個(gè)側(cè)邊。攝像機(jī)能捕捉經(jīng)過(guò)飛機(jī)的同步圖像，并提供3D信息以便于我們分析飛機(jī)飛行速度和高度。另一臺(tái)電腦通過(guò)獲取的聲音數(shù)據(jù)同步進(jìn)行噪聲定位處理。這些數(shù)據(jù)會(huì)在飛機(jī)飛過(guò)相位陣列后很快進(jìn)行結(jié)合，從而將噪聲源地圖疊加顯示在飛機(jī)圖像上。

測(cè)量系統(tǒng)

北京瀚文網(wǎng)星科技有限責(zé)任公司選用了NI PXI系統(tǒng)及大量的模塊來(lái)達(dá)到緊湊系統(tǒng)的要求。我們的系統(tǒng)包含了一個(gè)嵌入式控制器和一個(gè)NI 8260， 一個(gè)4驅(qū)動(dòng)、可插入機(jī)箱型、高速數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊。LabVIEW、NI視覺(jué)開(kāi)發(fā)模塊和NI聲音與振動(dòng)測(cè)量套件為我們的方案開(kāi)發(fā)提供了有效的工具。系統(tǒng)能進(jìn)行快速設(shè)置、數(shù)據(jù)記錄、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)瀏覽。我們將其裝載在移動(dòng)平臺(tái)上以獲得更好的便攜性。

NI PXI-4498動(dòng)態(tài)信號(hào)采集模塊通過(guò)集成電路式壓電（IEPE）調(diào)理為麥克風(fēng)提供電能，并能夠同時(shí)采集高分辨率的數(shù)據(jù)。由于每個(gè)模塊可以處理16個(gè)通道，7個(gè)模塊可以同時(shí)對(duì)112個(gè)通道進(jìn)行采樣，并且還具備了進(jìn)一步擴(kuò)展的空間。

NI PXI-1428圖像采集模塊可以利用線掃描攝像機(jī)進(jìn)行線掃描數(shù)字成像。我們使用NI視覺(jué)開(kāi)發(fā)模塊開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序?qū)⒆詣?dòng)處理這些被采集的圖像。此外，NI PXI-6682H定時(shí)和同步模塊可以通過(guò)GPS進(jìn)行同步來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間標(biāo)識(shí)，并能對(duì)飛機(jī)中的噪音和地面上的噪音進(jìn)行協(xié)調(diào)處理。

圖4：我們將PXI測(cè)量系統(tǒng)放在一個(gè)平板車(chē)上，從而使得系統(tǒng)能夠更加接近麥克風(fēng)陣列。

圖5：MU-300 Diamond商務(wù)機(jī)

。圖6展示了飛機(jī)在降落設(shè)置時(shí)1000Hz和2000Hz的噪聲定位圖結(jié)果。對(duì)于1000Hz噪聲，我們確定了更高振幅（紅色表示）的噪聲源是在主起落架附近，靠近襟翼的外邊緣和發(fā)動(dòng)機(jī)噴管的地方。對(duì)于2000Hz噪聲，我們發(fā)現(xiàn)噪聲源靠近發(fā)動(dòng)機(jī)噴管，主起落架和前起落架，但不會(huì)出現(xiàn)在襟翼的外邊緣處。通過(guò)這個(gè)測(cè)試，我們展示了對(duì)飛行中飛機(jī)的多個(gè)噪聲源進(jìn)行定位的技術(shù)。

我們會(huì)繼續(xù)提高噪聲源定位技術(shù)的度，并開(kāi)發(fā)更深入的噪聲源屬性評(píng)估，如噪聲光譜。

圖6：顯示飛機(jī)處于降落設(shè)置（放下襟翼，放下起落架，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速，高度60米，飛行速度60米/秒，水平飛行）時(shí)，在1000Hz和2000Hz時(shí)的噪聲源