【摘要】：隨著民用航空發(fā)動機(jī)涵道比的增大,航空葉輪機(jī)噪聲已經(jīng)成為飛機(jī)噪聲的主要噪聲源。當(dāng)單音噪聲和噴流噪聲得到有效控制時(shí),葉輪機(jī)湍流寬頻噪聲的重要性就日漸凸顯。無論是研究寬頻噪聲的產(chǎn)生機(jī)理,還是進(jìn)行新型高效管道吸聲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),都需要弄清風(fēng)扇噪聲的產(chǎn)生和傳播過程,詳細(xì)刻畫風(fēng)扇噪聲管道聲模態(tài)的分布特征,掌握湍流寬頻噪聲的頻譜特性。本文針對航空葉輪機(jī)管道聲模態(tài)的識別開展了數(shù)值和實(shí)驗(yàn)研究。論文的主要工作和成果是:(1)寬頻噪聲管道聲模態(tài)相干特性以及識別測試方法研究。本文搭建了聲模態(tài)識別實(shí)驗(yàn)研究平臺,通過對單個揚(yáng)聲器聲源和單級軸流風(fēng)扇產(chǎn)生的寬頻噪聲管道聲模態(tài)統(tǒng)計(jì)相干特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試研究,得到了模態(tài)相干系數(shù)的分布規(guī)律。在此基礎(chǔ)上,本文建立了寬頻噪聲模態(tài)識別方法,解決了寬頻噪聲模態(tài)識別難題。通過峰值鎖相技術(shù),本文設(shè)計(jì)加工了管道聲模態(tài)旋轉(zhuǎn)測試系統(tǒng),并對半消聲室內(nèi)的單級軸流風(fēng)扇管道聲模態(tài)進(jìn)行了精細(xì)化識別測試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,葉輪機(jī)寬頻噪聲管道聲模態(tài)是統(tǒng)計(jì)不相干的。入射聲波的聲功率級要比反射聲波的結(jié)果高,兩者最大相差10dB。入射聲波的能量在1500Hz以內(nèi)主要集中于-6~+6模態(tài),相對來說正轉(zhuǎn)模態(tài)攜帶的能量更高。(2)風(fēng)扇湍流寬頻噪聲遠(yuǎn)場輻射的理論和實(shí)驗(yàn)研究。基于Wiener-Holf方法,本文對管道內(nèi)多模態(tài)的遠(yuǎn)場指向性進(jìn)行了數(shù)值和實(shí)驗(yàn)研究。在高頻處,每個模態(tài)的幅值可以表示為模態(tài)截通比的函數(shù),遠(yuǎn)場指向性函數(shù)依賴于各個截通模態(tài)的幅值和方向函數(shù),并隨著氣流馬赫數(shù)的增大而增大。論文首次通過實(shí)驗(yàn)方法證實(shí)了較高頻率處的管道聲模態(tài)滿足模態(tài)等能量分布規(guī)律,在此基礎(chǔ)上發(fā)展了兩傳聲器模態(tài)識別測試方法。通過兩傳聲器測量的聲壓互譜信號,成功地計(jì)算出葉輪機(jī)管道噪聲聲功率和遠(yuǎn)場指向性。(3)新型模態(tài)識別方法研究。在深入研究寬頻噪聲管道聲模態(tài)統(tǒng)計(jì)相干特性的基礎(chǔ)上,本文建立了兩種新型模態(tài)識別方法,分別是組合傳聲器陣列方法和旋轉(zhuǎn)傳聲器陣列方法。與其它方法相比,新方法所需的測點(diǎn)個數(shù)大幅度減少,這種優(yōu)勢在中高頻管道噪聲測量中尤為明顯,非常適用于工程應(yīng)用。利用管道壁面安裝的單圈傳聲器和單排軸向傳聲器或旋轉(zhuǎn)傳聲器陣列,可以準(zhǔn)確識別風(fēng)扇進(jìn)口管道聲模態(tài)。在入射聲波測量方面,最大誤差小于1dB,在反射聲波的測量方面,組合傳聲器陣列方法的計(jì)算結(jié)果與旋轉(zhuǎn)傳聲器聲模態(tài)識別方法的測試結(jié)果基本一致。(4)基于誤差理論的管道聲模態(tài)識別陣列設(shè)計(jì)方法研究。利用線性代數(shù)中的條件數(shù)分析方法,本文對聲模態(tài)識別中的誤差傳遞特性進(jìn)行了初步研究,并通過建立的誤差分析方法,對模態(tài)識別中的各周向和徑向模態(tài)的誤差傳遞規(guī)律進(jìn)行了精細(xì)化數(shù)值分析研究。利用在人造聲場中疊加微小擾動的方式,得到了不同傳聲器陣列對聲模態(tài)識別的影響規(guī)律。在誤差分析方法的基礎(chǔ)上,論文進(jìn)一步創(chuàng)建了傳聲器陣列設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。結(jié)果表明,徑向耙在中低頻噪聲測試中誤差較大,與軸向陣列相比更適用于高頻噪聲的模態(tài)識別。相反,在中低頻時(shí),軸向傳聲器陣列的條件數(shù)要小于10,但在高頻時(shí)測試誤差會急劇增大。m=0模態(tài)是制約模態(tài)識別精度以及頻率上限的主導(dǎo)模態(tài),因此在陣列設(shè)計(jì)中,主要參考m=0模態(tài)處的誤差傳遞特性。軸向傳聲器陣列在模態(tài)識別中,其精度強(qiáng)烈依賴于測點(diǎn)間的軸向間距。
【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V231
【圖文】：

從而促使敏銳的科學(xué)家意識到民用航空領(lǐng)域噪0 年代開始，隨著世界經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程的加快，世界伴隨著城市化進(jìn)程的加快，國際民用航空運(yùn)輸市場迅顯了航空噪聲污染問題。圖 1-1 展示的是 2013 年伊，可以看出飛機(jī)在機(jī)場周圍引起的噪聲沿著飛機(jī)跑道的生活產(chǎn)生了很大的負(fù)面影響。鑒于日漸嚴(yán)重的航空面對飛機(jī)噪聲問題并開始制定相關(guān)法案和標(biāo)準(zhǔn)來控制會率先通過并頒布了聯(lián)邦航空規(guī)定新章程——FAR P機(jī)適航取證流程，從此，民航飛機(jī)噪聲成了飛機(jī)取證的空組織（ICAO）制訂了國際民航飛機(jī)噪聲標(biāo)準(zhǔn)，以此題納入了《國際民用航空公約》的范圍，根據(jù)飛機(jī)起污染進(jìn)行量化。著名的反面案例就是法國宇航和英國協(xié)和號”，因噪聲超過 FARPart36 第三階段要求而被公司和航空研究機(jī)構(gòu)開始投入大量精力和經(jīng)費(fèi)來研究經(jīng)成為各國發(fā)展民用航空事業(yè)，尤其是大型客運(yùn)飛機(jī)

飛機(jī)適航噪聲標(biāo)準(zhǔn)啟用于 1978 年，目前大多數(shù)運(yùn)營的客機(jī)求。ICAO 航空噪聲標(biāo)準(zhǔn)的第四階段規(guī)定，2006 年之后進(jìn)入航噪聲有效感覺噪聲級（EPNL）必須比第三階段投入使用的役的只有 A380、B787 和 B747-8 飛機(jī)能夠滿足第四階段的噪年 12 月 31 號之后將實(shí)行第四階段（ChapterIV）噪聲審定標(biāo)段標(biāo)準(zhǔn)低 7dB。除了 ICAO 對飛機(jī)噪聲的適航要求，有些當(dāng)要求，如噪聲費(fèi)用、運(yùn)營配額和噪聲暴露等。著名的國際民機(jī)場實(shí)施的著名“配額計(jì)數(shù)”制度對大型客運(yùn)飛機(jī)來說是最。在這個制度中，根據(jù)飛機(jī)輻射的有效感覺噪聲分成了八個dB，如表 1-1 所示，相應(yīng)的配額數(shù)隨著噪聲增大也跟著增大飛（邊線噪聲）和降落（進(jìn)場噪聲）時(shí)的輻射噪聲對飛機(jī)更愿意用低配額的民航飛機(jī)，最顯著的例子是空客的 A38/0.5，起飛時(shí)達(dá)到 QC/2，B747 飛機(jī)則分別達(dá)到了 QC/2 和 Q 配額的飛機(jī)不允許夜間在倫敦機(jī)場起飛和降落，這就使得必在倫敦的三個機(jī)場全天運(yùn)營[3]。

第一章 緒 論技術(shù)（QAT）研究計(jì)劃，目標(biāo)是進(jìn)一步降低飛機(jī)噪聲 5dB，未來的目標(biāo)則航噪聲指標(biāo)——有效感覺噪聲級（EPNL）下降 20dB。歐盟航空研究咨詢isoryCouncilforAeronauticsResearchinEurope，ACARE）在 1998 年~201~FP6 計(jì)劃，并進(jìn)一步在 2004 年~2020 年實(shí)施 FP5~FP8 計(jì)劃，開展了 RESOCE(R)、TIMPAN 等大型綜合項(xiàng)目，最近又開展了 OPENAIR 和 CLEANS的是使得飛機(jī)的有效感覺噪聲級比 2000 年低 10dB，如圖 1-3 所示[3]。由此名航空研究機(jī)構(gòu)在飛機(jī)噪聲方面的競爭愈演愈烈，飛機(jī)噪聲問題儼然成為域的一個競爭焦點(diǎn)，在民航客機(jī)產(chǎn)品的競爭力上扮演著越來越重要的角色

本文編號：2772977