聲學試驗風洞

風洞試驗是開展氣動噪聲產生機理研究的重要手段，也是驗證氣動降噪最佳化設計最直接、有效的方法。氣動聲學試驗最主要的目的是精確地測定出氣動噪聲源產生的區域，並測得聲頻譜和聲強度（如聲壓級等）的空間分布，為噪聲控制和降噪處理提供技術支持。

基本介紹

• 中文名：聲學試驗風洞
• 外文名：Acoustic test wind tunnel
• 地位：氣動噪聲產生機理研究的重要手段
• 目的：精確測定出氣動噪聲源產生的區域
• 特點：較大口徑的試驗段等
• 常用技術：波束形成技術等

簡介

風洞試驗是開展氣動噪聲產生機理研究的重要手段，也是驗證氣動降噪最佳化設計最直接、有效的方法。氣動聲學試驗最主要的目的是精確地測定出氣動噪聲源產生的區域，並測得聲頻譜和聲強度（如聲壓級等）的空間分布，為噪聲控制和降噪處理提供技術支持。

原理

估計和尋找產生噪聲的聲源是聲學測量的重要的工作，噪聲源識別的本質在於正確地判斷作為主要噪聲源的具體發聲部件，從而為實施噪聲的控制提供指導依據。在風洞中進行氣動聲學試驗，被測對象由於來流的影響，會在多個區域產生不同頻率和強度的氣動噪聲。傳統的測量方法利用單個傳聲器收集整個聲場內的聲壓信號，通過計算得出單個傳聲器的頻譜和聲壓級。由於測試結果包括風洞背景噪聲和試驗體產生的氣動噪聲，很難將兩者精確地分別出來，同時無法獲得整個聲場的聲源分布情況，因此需要發展特殊的測量裝置和處理技術對氣動噪聲源進行識別與定位。

聲學聚焦鏡技術

聲學聚焦鏡是一種早期在風洞中用於聲源定位的測量裝置，在 20 世紀 70 年代，Grosche 和 Kendall 就利用該技術在風洞中對飛行器表面噪聲進行定位測量，並取得了一定的效果。聲學聚焦鏡的工作原理為：在橢圓形凹曲面鏡的聚焦點 B 處安裝一隻無指向性傳聲器，而另一個聚焦點 A 則位於聲源可能存在的掃描平面上。當位於 A 點的聲波的波長 λ 同時小於曲面鏡直徑 D和 A、B 兩焦點之間的距離 L 時，經曲面鏡反射後聚焦於 B 點，這時傳聲器感受到的聲壓遠大於自由聲場的聲壓。而掃描平面其他位置的聲源經曲面鏡反射後不能聚焦 B 點，由此可以判定掃描點處是否存在聲源。然而，聲學聚焦鏡的工作原理決定了其只能對某一區域的單一頻率的噪聲進行放大，對於頻率範圍較大的氣動噪聲進行測量時，需要不斷地調整曲面鏡的位置，因此試驗效率較低，試驗成本較高，並不適用於對氣動噪聲源的快速定位與識別。

聲學試驗風洞

近場聲全息技術

近場聲全息（Nearfield acoustic holography，NAH）是上世紀 80 年代由Maynard 和 Williams 提出的一種用於噪聲源識別和聲場可視化測量技術，其基本原理是在緊靠被測聲源物體表面的測量面上利用多個傳聲器記錄全息數據，通過空間聲場變換算法重構三維空間聲場，從而實現定位聲源的目的。

波束形成技術

波束形成（Beamforming）是一種適合於中遠距離聲源成像的識別技術。該技術使用一組空間位置已知的傳聲器組成相控陣列，通過對每個傳聲器測得的聲壓信號進行“相位延時與求和”的信號處理方法，計算出聲波到達每個傳聲器的傳播途徑和傳播時間，將同一時刻各傳聲器信號調整到相同的相位，同時通過求和處理以增強聚焦點處的聲源強度。通過改變各信號的延遲時間，就能設定陣列聚焦的位置，並且不用移動陣列就可以得到整個區域的聲場映射圖。

航空聲學風洞特點

近代新建的航空聲學風洞具有如下特點:較大口徑的試驗段(試驗段當量直徑≥5m);試驗段採用開口射流形式(全開或3/4開口);最大風速在80m/s左右;有一個寬闊的試驗大廳,並且其壁面、地板和天花板要經過聲學處理,使之成為無回聲或半無回聲大廳;風洞迴路的各部件,包括風扇動力系統、動力段、拐角導流片、拐角段、等直段、收集器、第一擴散段、模型支撐都要經過不同方式的聲學處理,使風洞的背景噪聲達到設計指標。

試驗內容

航空聲學風洞的聲學處理一般採取如下措施:

(1)低噪聲風扇設計。

(2)開口試驗大廳的所有壁面和天花板都要做聲學處理。

(3)拐角導流片做聲學處理。

(4)收集器邊緣做聲學處理,以確保試驗大廳無回聲的試驗環境並減少剪下層與收集器邊緣的碰撞產生的噪聲。使用多層堅固的吸聲材料覆蓋收集器邊緣及內表面能有效地吸收收集器產生的噪聲,並達到氣動光滑。

(5)最好對四個拐角段、第一擴散段、兩個等直段、風扇段的壁面都做聲學處理。