【摘要】：高速車輛等高速運(yùn)載工具的噪聲會產(chǎn)生嚴(yán)重的噪聲污染。這類高速車輛的噪聲源是一種在大尺度開放空間內(nèi)高速運(yùn)動、寬帶、多源的復(fù)雜噪聲源,對其進(jìn)行定量識別并掌握其發(fā)聲和聲場傳播特性是進(jìn)一步進(jìn)行噪聲污染防治的重要前提�，F(xiàn)有的各種聲場測量方法和技術(shù)由于原理及性能的限制,無法實(shí)現(xiàn)對這種高速運(yùn)動車輛復(fù)雜聲源的定量測量及聲場再現(xiàn)。本文提出了高速聲源的多普勒效應(yīng)消除方法,建立了適用于高速聲源識別的聲全息方法。以高速運(yùn)動車輛為研究目標(biāo),建立高速運(yùn)動點(diǎn)聲源的聲輻射模型,利用無損精度的非簡化運(yùn)動聲源聲輻射模型進(jìn)行多普勒效應(yīng)消除。通過引入聲源特征函數(shù)和單點(diǎn)積分法實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜模型的解逆,進(jìn)而提出了適用于大馬赫數(shù)聲源信號多普勒效應(yīng)消除的方法。在單點(diǎn)聲源多普勒效應(yīng)消除方法的基礎(chǔ)上,提出了多聲源信號多普勒效應(yīng)消除的獨(dú)立性條件,證明了滿足獨(dú)立性條件的多聲源可視為多個單點(diǎn)聲源獨(dú)立消除多普勒效應(yīng)。建立了適用于高速聲源識別的聲全息方法,驗(yàn)證了高速聲源多普勒效應(yīng)消除方法對高速聲源信號幅值和頻移修正的有效性,實(shí)現(xiàn)了高速聲源的有效識別,信號幅值和頻移的修正為進(jìn)行高速聲源的定量重建奠定了基礎(chǔ)。揭示了基爾霍夫衍射聲全息進(jìn)行聲源定量重建的孔徑誤差機(jī)理,建立了基于孔徑誤差修正的聲全息方法。將基爾霍夫衍射積分從封閉曲面區(qū)域推廣到有限平面區(qū)域,利用菲涅爾近似波帶法推導(dǎo)出有限平面積分區(qū)域與積分結(jié)果定量精度的關(guān)系,進(jìn)而建立了全息孔徑角與全息重建定量精度的數(shù)學(xué)關(guān)系。利用空間加窗方法抑制了信號空間截?cái)嗟哪芰啃孤?提高聲源識別的分辨率,優(yōu)化了聲全息的識別效果。建立了基于孔徑誤差修正的定量聲全息方法,將等效源和動態(tài)波疊加方法與聲全息方法結(jié)合,通過重構(gòu)全息數(shù)據(jù)擴(kuò)展全息面尺寸,增大全息孔徑角,提高了聲全息定量識別的精度。提出了分析真實(shí)聲源近場倏逝波成分的近似聲源模型法,解決了聲全息方法定量重建驗(yàn)證方案中的聲源模型誤差問題,揭示了遠(yuǎn)場條件下聲全息定量重建結(jié)果的物理意義。驗(yàn)證了使用簡單源模擬線聲源、面聲源方法的可行性,分析了單極子、偶極子、四極子三類簡單源的近場倏逝波成分特性,建立了運(yùn)用簡單聲源對真實(shí)物理聲源進(jìn)行模擬的近似聲源模型法,實(shí)現(xiàn)了對真實(shí)聲源前任意位置倏逝波成分的計(jì)算,并通過真實(shí)聲源測量證明了近似模型方法可以有效地解決聲全息定量重建中聲源模型誤差的修正問題,使聲全息的定量精度得到進(jìn)一步提高,實(shí)現(xiàn)了對高速聲源定量聲全息方法更為嚴(yán)格的驗(yàn)證。在高速車輛聲源定量識別方法的理論基礎(chǔ)上,自主設(shè)計(jì)開發(fā)高速車輛聲源定量識別測量系統(tǒng),利用聲陣列系統(tǒng)和雙目視覺系統(tǒng)同步進(jìn)行聲場和實(shí)景圖像采集,利用雙目視覺技術(shù)進(jìn)行空間測量和目標(biāo)聲源測速,并通過聲場可視化技術(shù)最終實(shí)現(xiàn)高速車輛聲源的定量測量及聲場可視化再現(xiàn)。利用該系統(tǒng)對實(shí)際運(yùn)營的京津城際高速列車進(jìn)行了測量實(shí)驗(yàn),對高速車輛進(jìn)行聲源特性分析和主要噪聲源的定量識別,實(shí)現(xiàn)了高速車輛聲源定量識別方法的驗(yàn)證,首次獲得了高速車輛的聲全息定量測量結(jié)果。本文的創(chuàng)新性研究成果將聲源識別和定量測量方法的適用范圍擴(kuò)展到高速領(lǐng)域,實(shí)現(xiàn)了對未知聲學(xué)現(xiàn)象的探索和發(fā)現(xiàn),揭示了高速車輛噪聲源的分布特性,為進(jìn)一步開展噪聲防治和搭建環(huán)評模型提供了依據(jù),為低噪聲高速車輛的研制及其噪聲防治提供技術(shù)基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TB535

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2585097