基于改进的传声器阵列数据分析技术的飞机机体噪声实验研究

 发展了一种平面传声器阵列数据处理新方法——洁净信号处理算法,通过对传声器阵列混淆和旁瓣信号的有效抑制,改进了对声源的分辨。基于改进的数据分析方法,研究了真实飞机结构和真实飞行条件下飞机起落架、襟翼等声源的频谱特性、指向特性。研究结果表明,新的信号处理算法可以更加清晰地分离出飞机表面的气动噪声源。起落架噪声的频谱是由宽频随机噪声与一些较为明显的单音噪声源组成,在不同辐射角度时,起落架噪声的声级在不同频率范围有一定的差异。襟翼侧缘噪声频谱是一个包含有个别明显单音噪声的宽频噪声谱,襟翼内侧缘噪声谱和外侧缘噪声谱有明显的差异,在低频范围,襟翼侧缘噪声的指向性比较明显,但在高频范围,襟翼侧缘噪声没有明显的指向性。     

大型客机起飞着陆过程噪声辐射特性对比分析

 基于准稳态假设和分布点声源模型,并采用最新发展的噪声源半经验参数预测公式,发展和完善了用于飞机飞行过程中噪声辐射预测的计算模型和方法。该计算方法能够预测飞机起飞、着陆过程中的适航噪声,并能够对飞机不同噪声源的噪声辐射特性（声级、频谱特性和指向性等）进行计算分析。以某大型客机为对象,对飞机进场着陆过程和起飞过程中飞机噪声源进行了计算分析,计算结果表明,飞机进场着陆和起飞过程中,不同噪声源对远场噪声级的影响有明显的差异,起飞过程中发动机风扇噪声源是最主要的噪声辐射源,而在进场着陆过程中飞机机体噪声（包括起落架和襟翼等）是重要的飞机噪声源。文中也给出了不同噪声源频谱特性和指向特性等。     

大型客机前起落架气动噪声源三维阵列识别技术研究

起落架噪声作为现代大型飞机机体噪声在起降阶段的主要贡献成分,其噪声机理较为复杂,涉及到钝体湍流涡脱落噪声、腔体部件空腔噪声以及起落架舱腔体与支柱柱体之间的非线性耦合噪声。由于起落架中存在复杂的三维流场以及声波的反射和绕射会产生噪声,而二维麦克风阵列在垂向的分辨率较差,无法获得声源完整且准确的三维空间分布信息,因此采用三维麦克风阵列技术对起落架噪声进行研究。使用3D Beamforming算法(波束成形算法)和3D CLEAN-SC算法(空间相干的洁净算法)结合同步测量和非同步测量的方式实现了对模拟信号和实际测量数据所得频谱中特定的离散声进行声源识别定位,并在北航D5低速风洞进行开口段气动噪声实验,以1/2缩比的LAGOON起落架为研究对象,在过顶和流向方向布置两组平面阵列,构成三维阵列进行同步和非同步的噪声测量,确定了起落架中主要噪声源的位置,对认知噪声机理提供了新的借鉴和思考。     

高级波束成形在旋转声源定位中的应用

为了使高级波束成形中的函数波束成形、压缩感知波束成形、正交波束成形在旋转声源定位中获得广泛应用,对3种高级波束成形在旋转声源定位中的应用进行了研究,从声源空间分辨率,动态范围以及声源功率积分上与传统旋转波束成形和DAMAS(deconvolution approach for the mapping of acoustic sources)反卷积作对比。仿真与实验结果表明:3种高级波束成形均可以应用到旋转声源定位中,并且均能显著提升旋转声源空间分辨率和动态范围以及拥有较高的计算效率。函数波束成形在低频段的空间分辨率低于DAMAS并且容易产生较高的声源功率积分误差。压缩感知波束成形整体性能与DAMAS相近,并且在低频段的空间分辨率比DAMAS有优势。正交波束成形在低频段容易产生声源定位位置误差,抗干扰能力较弱,并且声源功率积分整体低于DAMAS。      

一种改进的声反卷积相关声源定位方法

基于传声器阵列的声源定位算法的性能优劣决定了气动噪声试验检测中气动噪声源定位成像的准确性。为了提高相关声源定位方法的稳健性和准确性，提出一种改进的声反卷积相关声源定位方法——D-MACS（Developed-Mapping of Acoustic Correlated Sources）方法。该方法的特点是：在传统MACS方法的基础上，将声反卷积模型进行改进，使模型体现出声场空间扫描点声压互谱矩阵与互谱波束形成输出矩阵之间的数学关系，其最终获得的声源定位结果，能够提高MACS方法声源定位辨识的稳健性和准确性。通过仿真信号研究和声学风洞环境中的声源定位试验研究，比较了DAS（Delay And Sum beamformming）、DAMAS-C（Deconvolution Approach for the Mapping of Acoustic Correlated Sources）、MACS和D-MACS这4种方法的声源定位性能，验证了D-MACS方法在声源定位性能上的优势。     

基于相控麦克风阵列的民机主起落架气动噪声源识别技术研究

起落架气动噪声是民机机体噪声极为重要的组成部分。由于起落架结构外形复杂,同时各部件之间干扰严重,使得其噪声机制十分复杂。目前,相控麦克风阵列技术已经成为识别民机机体噪声声源位置最为常用和可靠的技术手段。结合闭口声学风洞试验数据,采用经典的Beamforming算法,分析对比了民机主起落架构型在不同频率下声源位置分布情况,获得了不同频率下的最大声源位置;采用CLEAN-PSF算法剔除主起舱门位置处的声源,抑制了最大声源旁瓣对其他声源位置遮盖效应。     

民用飞机增升装置气动噪声学风洞试验初步研究

采用模拟退火法阵列优化设计技术设计了对数螺旋麦克风阵列,开发了基于“波束成型理论冶的阵列试验数据处理软件。将风洞麦克风相阵列噪声识别技术用于SCCH模型增升装置气动噪声研究,开展了增升装置气动噪声源的远场定位探测和强度测量,并用数据处理软件对风洞试验数据进行处理。试验结果表明,随着观察频率的变化缝翼噪声声源的位置与强度会发生变化,襟翼侧缘噪声是一个宽频噪声,不同频率下其强度分布存在差异。同时也发现缝翼安装支架对缝翼和襟翼气动噪声声源有较大影响。文中也给出了多种工况下缝翼和襟翼噪声源分布。     

一种基于麦克风阵列用于分离单极子和偶极子声源的方法

基于单极子假设的波束成形算法作为一种声场可视化技术,在声源识别中得到了广泛应用.但是在实际工程应用中,声源的类型较为复杂,基于单一声源假设的波束成形无法有针对性地识别不同类型的声源.本文提出了一种混合反卷积方法来分离含有单极子和偶极子的组合声源,该方法构造了波束成形输出与实际声源之间的线性方程,通过求解该线性方程,可以...     

利用压缩网格方法提高旋转声源定位计算效率

利用两种压缩网格方法:基于传统波束形成的CG2压缩网格方法和基于小样本数据的CG4压缩网格方法,对经典时域旋转声源波束形成(ROSI)算法进行优化加速。实验结果表明:两种压缩网格方法均不影响ROSI算法旋转声源定位效果,基于传统波束压缩形成的CG2网格方法能够提高ROSI算法的旋转声源定位计算效率1～2倍,基于小样本数据的CG4压缩网格方法能够提高ROSI算法的旋转声源定位计算效率13～18倍。除此之外,基于小样本数据的CG4压缩网格方法在相控麦克风阵列平面与旋转声源平面垂直条件下,仍能准确进行旋转声源定位。      

普通室内机翼尾缘噪声降噪的实验研究

为了研究锯齿形尾缘对SD2030低雷诺数翼型尾缘噪声的影响,在普通室内,采用由31路麦克风组成的线性阵列对SD2030吹风试验进行了声学测量。实验过程中,基于机翼弦长的雷诺数范围为2.1×105~3.2×105。在考虑混响、驻波和壁面反射影响的基础上,设计了一长为1.72m的非等间距线性阵列。当频率大于1k Hz时,墙壁反射对测量结果的影响在0.5d B以内,驻波的影响也可以忽略。采用时域波束成形算法对声学信号进行处理之后,成功识别出了风洞噪声源、机翼前缘噪声源和尾缘噪声源。比较直尾缘机翼和锯齿形尾缘机翼的声源分布图发现,在1k~10k Hz的频率范围内,采用锯齿形尾缘设计能够降低尾缘噪声声压级最大约5d B。     

宽体飞机前主轮协同转弯主轮控制策略设计

飞机在进行地面转弯过程中，机场道面不平、侧风等环境因素可能导致主起落架转向轮的实际转角与理论转角不符，引起前轮转角和两侧主轮转角关系不匹配，增大轮胎侧向力，主起落架受到的扭矩增加。针对上述问题，提出两侧主轮独立控制的飞机地面转弯控制策略和基于内侧主起落架转向轮为主导对象，外侧主起落架转向轮为从动对象的主从控制策略以及实时转弯角度控制算法。建立基于弹性轮胎的飞机地面转弯模型，计算飞机地面转弯时的主起落架总扭矩。通过MATLAB设置不同主轮转角偏差，对两侧主轮的独立控制策略和主从控制策略下的主起落架总扭矩进行对比，发现前者能更有效降低飞机主起落架扭矩，增加飞机地面转弯安全性以及减小起落架设计难度。     

基于状态观测器的波束形成算法及其航空应用

随着数字信号处理技术的发展,基于声传感器阵列的经典波束形成算法广泛地应用于航空气动噪声检测领域中.但是,经典算法计算量大,并且它的算法结构决定了其无法用作实时算法.本文给出了一种基于状态观测器理论的新算法,介绍了观测器算法的理论背景、算法稳定性的证明、麦克风阵列的设计准则以及基于阵列进行的仿真结果.这种新算法在形式上类...     

GA-Based Model Predictive Control of Semi-Active Landing Gear

Semi-active landing gear can provide good performance of both landing impact and taxi situation, and has the ability for adapting to various ground conditions and operational conditions. A kind of Nonlinear Model Predictive Control algorithm （NMPC） for semi-active landing gears is developed in this paper. The NMPC algorithm uses Genetic Algorithm （GA） as the optimization technique and chooses damping performance of landing gear at touch down to be the optimization object. The valve＇s rate and magnitude limitations are also considered in the controller＇s design. A simulation model is built for the semi-active landing gear＇s damping process at touchdown. Drop tests are carried out on an experimental passive landing gear systerm to validate the parameters of the simulation model. The result of numerical simulation shows that the isolation of impact load at touchdown can be significantly improved compared to other control algorithms. The strongly nonlinear dynamics of semi-active landing gear coupled with control valve＇s rate and magnitude limitations are handled well with the proposed controller.     

舱门对起落架流场和气动噪声的影响研究

前起落架一般具有异于主起落架的双侧对称舱门,民用飞机进场降落时打开的前起落架舱门必然对起落架流场和噪声产生干扰阻挡和反射作用。为了研究前起落架舱门对起落架流场和噪声的干扰阻挡效应,采用两轮起落架标模对改善的延迟分离涡模拟（IDDES）方法和福克斯·威廉姆斯—霍金斯（FW-H）方程进行数值方法验证;在数值计算方法准确可靠的基础上,对某民用飞机高保真前起落架有舱门和无舱门的两种模型的流场特征和远场辐射噪声特性进行对比计算分析,分析舱门附近流动演化过程及舱门对远场辐射噪声的影响。结果表明：由于舱门迎风端面非平直面,稍向内侧弯曲与来流具有一定夹角,导致在其前端引起当地流动分离,进而扩散到整个舱门之间的区域;两侧舱门阻挡干扰气流向展向扩散并撞击舱体侧面边缘的趋势,遮挡反射舱体前缘剪切流失稳撞击起落架产生的压力波,减弱了起落架的侧边噪声并形成声波干涉现象。     

飞机起落架气动噪声特性仿真与试验

 对某型飞机前起落架的气动噪声特性进行了数值仿真分析和声学风洞试验研究。在典型飞机着陆速度下,采用分离涡(DES)方法模拟起落架周围非定常湍流流场,通过涡声理论计算声源的强度和位置,并利用FW-H(Ffowcs-Williams/Hawkings)方程积分外推法求解出不同部件及其组合件产生的声场,分析其噪声的产生机制、频谱特性及远场指向特性,同时评估各部件对总噪声的贡献量。在声学风洞中对轮胎和轮叉组合件进行气动声学试验,借助麦克风测量获得了噪声的频谱特性。基于部件固体表面积分计算的仿真结果与试验结果在声学远场条件下吻合较好。仿真结果表明:起落架气动噪声是钝体绕流噪声和空腔噪声的叠加,呈现宽频噪声的特性。强度最大的声源主要分布在起落架各部件的固体表面;轮胎噪声对总噪声的贡献最大,其次是轮叉噪声,支柱噪声对总噪声贡献最小。各部件噪声和总噪声均具有偶极子声源的辐射特性。空间可穿透积分面计算的声压级结果比固体表面计算的声压级结果大5 dB左右。该研究结果为低噪声起落架设计提供了一定的参考。     

民用飞机起落架缓冲器选型与对比分析研究

以民用飞机前起落架和主起落架为研究对象,首先运用Delphi和SQLServer开发了民用飞机缓冲器参数设计程序,计算了前起落架采用单腔定油孔型式和单腔变油孔型式、主起落架采用单腔定油孔型式和双腔定油孔型式的缓冲器的设计参数;然后基于ADAMS/Aircraft模块分别建立了前起落架和主起落架的虚拟样机,并进行落震仿真分析,仿真结果符合要求;最后通过仿真结果进行起落架缓冲器不同型式的对比分析。研究结果表明：单腔变油孔型式较单腔定油孔型式提高了缓冲器的缓冲效率、双腔定油孔型式较单腔定油孔型式在大的下沉速度下降低了缓冲器的过载。     

Prediction of noise radiation from basic configurations of landing gears by means of computational aeroacoustics

Noise radiation from aircraft during the takeoff and landing has become a major issue for inhabitants living in the vicinity of airports and thus for regulation authorities and aircraft developers. However the numerical simulation of aeroacoustic noise, especially for complex geometries like a landing gear, remains one of the most difficult challenges in aeroacoustics. The present study, aiming at predicting noise radiation from basic geometries as well as the noise radiation of a simplified landing gear, employs a hybrid approach that combines a CFD simulation with the decoupled computational aeroacoustics (CAA) simulation. Flow-induced noise is assumed to originate from turbulence. Reynolds-averaged Navier–Stokes equations with different closure approaches can be employed to gain the required turbulent quantities. Subsequently, quantities as the mean flow velocities, pressure, density, turbulent kinetic energy and dissipation rate of the CFD simulation are the starting point for the generation of the transient acoustic sources by the stochastic noise generation and radiation (SNGR) method. It is assumed that the acoustic phenomena do not provide feedback to the mean flow field and turbulence and thus a recalculation of the flow field is not required. Since the propagation of sound is insignificantly influenced by turbulent and viscous effects, it can be described by the Euler equations in the near field. The CAA simulation is extended with a Ffowcs Williams Hawkings (FWH) module that calculates the noise levels in the far field upon integrating the surface source terms on a porous FWH surface within the CAA domain. The results of the simulations are compared with experimental data, obtained by measurements in an acoustic wind tunnel.