閉口風(fēng)洞內(nèi)飛行器機(jī)體氣動噪聲陣列測試關(guān)鍵技術(shù)研究結(jié)題摘要

大型民用飛機(jī)的起降噪聲是獲取民航適航證的關(guān)鍵指標(biāo)之一，在起降階段由于增升裝置和起落架的打開、以及發(fā)動機(jī)推力管理，導(dǎo)致機(jī)體成為了主要噪聲源。為此在設(shè)計階段需要在風(fēng)洞中測試、評估氣動噪聲指標(biāo)，需要發(fā)展相應(yīng)的關(guān)鍵測試技術(shù)。針對氣動噪聲測試，閉口風(fēng)洞具有流場品質(zhì)好，但是背景噪聲大等優(yōu)缺點(diǎn)。本研究針對閉口風(fēng)洞研究相應(yīng)的噪聲源成像技術(shù)及其科學(xué)方法，研究內(nèi)容包括：（1）傳聲器陣列的設(shè)計和優(yōu)化；（2）壁湍流噪聲消除；（3）傳聲器陣列測試新方法；（4）閉口風(fēng)洞測試段聲學(xué)設(shè)計和實(shí)際試驗。取得的重要結(jié)果有：（1）在傳聲器陣列測試信號處理方法上提出了我們自己的新方法，在國際主流期刊如JASA, AIAA J, JFM發(fā)表SCI論文12篇；（2）形成了系統(tǒng)、有效的陣列測試系統(tǒng)軟硬件設(shè)計及相關(guān)科學(xué)方法，成功改造目前國內(nèi)乃至亞洲最大的低速低湍流度風(fēng)洞測試段，在80米／秒風(fēng)速下飛行器聲源成像動態(tài)范圍達(dá)20分貝。總的來說，我們的研究工作結(jié)合空氣動力學(xué)、聲學(xué)和信號處理技術(shù)三個方面，推進(jìn)了空氣動力學(xué)新型測試技術(shù)及科學(xué)方法的發(fā)展，相關(guān)測試技術(shù)已經(jīng)用于實(shí)際型號研發(fā)，有力的支撐了大飛機(jī)計劃的順利實(shí)施。

大型飛機(jī)的起降噪聲是獲取民航適航證的關(guān)鍵指標(biāo)。在起降階段由于起落架和增升裝置完全打開，來自機(jī)體的氣動噪聲和發(fā)動機(jī)噪聲量級相當(dāng)，因此在我國的大飛機(jī)計劃中必須重視機(jī)體氣動低噪聲設(shè)計。在閉口風(fēng)洞內(nèi)基于麥克風(fēng)陣列設(shè)備測試機(jī)體噪聲源強(qiáng)度分布是重要的設(shè)計手段之一，由于國內(nèi)目前還十分缺乏相關(guān)實(shí)驗技術(shù)和理論的研究積累，本項目為此規(guī)劃研究大型民機(jī)設(shè)計中所急需的閉口風(fēng)洞內(nèi)氣動噪聲陣列實(shí)驗關(guān)鍵技術(shù)，重點(diǎn)探索相關(guān)前沿基礎(chǔ)理論，主要研究作為技術(shù)核心的大規(guī)模陣列信號處理算法，發(fā)展我們自主提出的陣列觀測器新方法，并根據(jù)國內(nèi)風(fēng)洞設(shè)施實(shí)際情況相應(yīng)設(shè)計和完善氣動噪聲陣列測試設(shè)備和測試技術(shù)。在本項目中我們將基于對機(jī)體噪聲氣動來源的物理理解，結(jié)合理論推導(dǎo)、數(shù)值計算和實(shí)驗驗證等研究手段，對數(shù)值模型、揚(yáng)聲器模型、實(shí)際飛行器機(jī)體模型的噪聲源定位逐步開展實(shí)驗工作，最終為閉口風(fēng)洞內(nèi)的氣動噪聲陣列實(shí)驗建立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚擉w系和完備的測試技術(shù)。

本項目擬針對高速列車低噪聲頭型設(shè)計這一關(guān)鍵問題，以CAA分析和優(yōu)化分析作為基本手段，探索高速列車流線型關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)與氣動噪聲的影響規(guī)律。具體而言，本項目首先探討以氣動噪聲作為優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行氣動外形優(yōu)化設(shè)計的可能性，就高效的氣動噪聲計算方法和優(yōu)化算法等進(jìn)行詳細(xì)分析，以便降低氣動噪聲計算和優(yōu)化計算的時間代價，形成高效精確的氣動噪聲優(yōu)化分析流程。同時優(yōu)化過程需要兼顧列車承受氣動力的影響，因而這是一個多目標(biāo)多學(xué)科優(yōu)化問題。針對流線型具體的關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)，確定滿足噪聲規(guī)范要求的設(shè)計參數(shù)范圍，獲得設(shè)計參數(shù)對氣動噪聲的影響規(guī)律，以及不同設(shè)計參數(shù)耦合作用時氣動噪聲的變化規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，獲得基于關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)的氣動噪聲近似計算公式。本項目的研究是對基礎(chǔ)問題中機(jī)理和規(guī)律的深化，也是促進(jìn)與工程應(yīng)用銜接的重要環(huán)節(jié)，有助于促進(jìn)高速列車流線型低噪聲設(shè)計能力的提升。