空气声在飞机壁板中传递的特性分析
扈西枝
(上海飞机设计研究院,上海 201210)
摘 要:本文首先介绍了传声器阵列测试技术的理论知识,并利用传声器阵列的测试设备,在试验室内利用传声器阵列测试技术对飞机蒙皮壁板空气声传播路径进行识别,从而得到了飞机蒙皮壁板结构在不同位置、不同构件及不同结构设计构型处噪声辐射特性的分布情况,为进一步掌握飞机蒙皮壁板结构的声学特性进行飞机壁板的降噪设计提供设计依据。
关键词:壁板; 空气声; 传声路径; 传声器阵列
飞机舱内的声学环境对乘坐的舒适性起着重要的作用。研究表明,飞机的舱内噪声主要由外界传入舱内的空气声、结构声,以及环控系统等内部噪声组成。其中, 空气声是指机身外部噪声透过壁板及舷窗结构传入到机舱内部的噪声。 因此,识别空气声在飞机壁板中的传递途径及传递特性,将其贯彻于飞机壁板的设计中,能很好的达到在飞机设计过程中控制飞机噪声的目的,也是降低飞机舱内噪声的重要途径。识别空气声传播路径的测试技术主要有声强技术、传声器阵列测试技术等。
1 飞机蒙皮构型
飞机蒙皮是飞机的重要组成部分,由板、框、长桁、 加强筋等组成。
2 传声器阵列测试技术
传声器阵列就是由多个在空间确定位置上排列的一组传声器。通过声波抵达阵列中每个传声器之间的微小时差的相互作用,传声器可以得到比单个的传声器更好的指向性。通过对传声器所有信号的综合处理,传声器列阵可以组合成为所要求的强指向性传声器, 形成被称 为“波束”的指向特性。 由这个传声器阵列测量出空间中的声场信号,经过相应的数据处理,就可以对噪声源进行定位, 识别声传播路径。
传声器阵列信号的处理算法称为“波束成型”, 一般采用时域上的基于远场分析的“延迟与求和”和“波束成型算法”。假设要测定的声源在发射声波时刻 tf 时空间位 置是( xf , yf , zf ),这个声源发出的声波到达传声器阵列中第 m 个传声器的时刻是 tf + tpm ,其中 tpm 是声波从声源传播到传声器位置 ( xm, ym , zm ) 所需的时间,传声器接收到声波的时间与声源发声时间的关系是:
t = tf + tpm ................ (1)
传声器阵列聚焦的声源点在发声时间 tf 的声辐射由传声器阵列的输出 p(tf ) 确定,计算公式如下:
式中: pm (tf + tpm ) 为在 tf + tpm 时刻第 m 个传声器的记录信号; tpm = rm / c , c 是介质中的声速; rm / rref 在声源点发声时刻tf时, 参考声辐射距离 rref与实际的声辐射距离 rm 的比值
为保证传声器阵列的输出 p(tf ) 等于单个传声器测量传声器阵列聚焦的声源点的声场时的输出信号。
3 试验研究
3. 1 试验设备
试验所用的测试设备是传声器阵列, 阵列所用的传声器型号是4954A , 见图1所示。
图 1 型号 4954A 传声器
辅助设备有计算机、功率放大器等。
3. 2 试验状态
试验在半消声室内进行,对局部区域的壁板进行测量。虽然机身本身是弧形的,但是选取的区域相对来说较小,可近似认为是平面的,测量选取的局部壁板上的筋分布基本上是等间距的。试验平台内部采用传声器阵列进行测量。试验时,将传声器阵列安放在平台舱内距被测壁板结构1米处, 外声场采用声导进行激励。
3. 3 测试原理
试验选用声压测量法,测试框图见图2。
图 2 试验流程图
3. 4 验结果及分析
通过测量,得到在不同频率段上声压级的大小分布, 如图3所示。从图中可知, 利用声源识别, 壁板透声较大的频率是在100Hz到1KHz之间,可得到不同频率下, 飞机 壁板结构不同位置处辐射声压级的大小, 见图3所示。
图 3 声压级分布图
4 结论
从测试结果可知不同频率下声压级分布图及主要声源的位置变化,可以得到随着频率的增高,壁板透声性能降低;其中,低频时, 平板是主要的透声部位,通过筋的透声可忽略, 随着频率增高,通过平板和筋的透声大小基本相同。因此在低频时, 飞机舱内产生的辐射声压主要由平板贡献。频率增高时, 则由平板和加强筋共同贡献。
通过外声场激励, 利用传声器阵列对机身壁板局部 区域进行传声路径识别,得到不同频率下噪声分布,为 进行飞机壁板结构声学优化设计提供依据。
参考文献:
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