空氣聲在飛機(jī)壁板中傳遞的特性分析 

扈西枝

(上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院,上海 201210)

        摘  要:本文首先介紹了傳聲器陣列測(cè)試技術(shù)的理論知識(shí),并利用傳聲器陣列的測(cè)試設(shè)備,在試驗(yàn)室內(nèi)利用傳聲器陣列測(cè)試技術(shù)對(duì)飛機(jī)蒙皮壁板空氣聲傳播路徑進(jìn)行識(shí)別,從而得到了飛機(jī)蒙皮壁板結(jié)構(gòu)在不同位置、不同構(gòu)件及不同結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)構(gòu)型處噪聲輻射特性的分布情況,為進(jìn)一步掌握飛機(jī)蒙皮壁板結(jié)構(gòu)的聲學(xué)特性進(jìn)行飛機(jī)壁板的降噪設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)依據(jù)。

        關(guān)鍵詞:壁板; 空氣聲; 傳聲路徑; 傳聲器陣列

        飛機(jī)艙內(nèi)的聲學(xué)環(huán)境對(duì)乘坐的舒適性起著重要的作用。研究表明,飛機(jī)的艙內(nèi)噪聲主要由外界傳入艙內(nèi)的空氣聲、結(jié)構(gòu)聲,以及環(huán)控系統(tǒng)等內(nèi)部噪聲組成。其中, 空氣聲是指機(jī)身外部噪聲透過壁板及舷窗結(jié)構(gòu)傳入到機(jī)艙內(nèi)部的噪聲。 因此,識(shí)別空氣聲在飛機(jī)壁板中的傳遞途徑及傳遞特性,將其貫徹于飛機(jī)壁板的設(shè)計(jì)中,能很好的達(dá)到在飛機(jī)設(shè)計(jì)過程中控制飛機(jī)噪聲的目的,也是降低飛機(jī)艙內(nèi)噪聲的重要途徑。識(shí)別空氣聲傳播路徑的測(cè)試技術(shù)主要有聲強(qiáng)技術(shù)、傳聲器陣列測(cè)試技術(shù)等。

1 飛機(jī)蒙皮構(gòu)型

        飛機(jī)蒙皮是飛機(jī)的重要組成部分,由板、框、長(zhǎng)桁、 加強(qiáng)筋等組成。

2 傳聲器陣列測(cè)試技術(shù)

        傳聲器陣列就是由多個(gè)在空間確定位置上排列的一組傳聲器。通過聲波抵達(dá)陣列中每個(gè)傳聲器之間的微小時(shí)差的相互作用,傳聲器可以得到比單個(gè)的傳聲器更好的指向性。通過對(duì)傳聲器所有信號(hào)的綜合處理,傳聲器列陣可以組合成為所要求的強(qiáng)指向性傳聲器, 形成被稱 為“波束”的指向特性。 由這個(gè)傳聲器陣列測(cè)量出空間中的聲場(chǎng)信號(hào),經(jīng)過相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理,就可以對(duì)噪聲源進(jìn)行定位, 識(shí)別聲傳播路徑。

        傳聲器陣列信號(hào)的處理算法稱為“波束成型”, 一般采用時(shí)域上的基于遠(yuǎn)場(chǎng)分析的“延遲與求和”和“波束成型算法”。假設(shè)要測(cè)定的聲源在發(fā)射聲波時(shí)刻 tf 時(shí)空間位 置是( xf , yf , zf ),這個(gè)聲源發(fā)出的聲波到達(dá)傳聲器陣列中第 m 個(gè)傳聲器的時(shí)刻是 tf + tpm ,其中 tpm 是聲波從聲源傳播到傳聲器位置 ( xm, ym , zm ) 所需的時(shí)間,傳聲器接收到聲波的時(shí)間與聲源發(fā)聲時(shí)間的關(guān)系是:

t = tf + tpm   ................  (1)

傳聲器陣列聚焦的聲源點(diǎn)在發(fā)聲時(shí)間 tf 的聲輻射由傳聲器陣列的輸出 p(tf ) 確定,計(jì)算公式如下:

式中:  pm (tf + tpm ) 為在 tf + tpm 時(shí)刻第 m 個(gè)傳聲器的記錄信號(hào);  tpm = rm / c ,  c 是介質(zhì)中的聲速; rm / rref 在聲源點(diǎn)發(fā)聲時(shí)刻tf時(shí), 參考聲輻射距離 rref與實(shí)際的聲輻射距離 rm 的比值 為保證傳聲器陣列的輸出 p(tf ) 等于單個(gè)傳聲器測(cè)量傳聲器陣列聚焦的聲源點(diǎn)的聲場(chǎng)時(shí)的輸出信號(hào)。

3 試驗(yàn)研究

3. 1 試驗(yàn)設(shè)備

        試驗(yàn)所用的測(cè)試設(shè)備是傳聲器陣列, 陣列所用的傳聲器型號(hào)是4954A , 見圖1所示。

     圖 1  型號(hào) 4954A 傳聲器   

輔助設(shè)備有計(jì)算機(jī)、功率放大器等。

3. 2 試驗(yàn)狀態(tài)

        試驗(yàn)在半消聲室內(nèi)進(jìn)行,對(duì)局部區(qū)域的壁板進(jìn)行測(cè)量。雖然機(jī)身本身是弧形的,但是選取的區(qū)域相對(duì)來說較小,可近似認(rèn)為是平面的,測(cè)量選取的局部壁板上的筋分布基本上是等間距的。試驗(yàn)平臺(tái)內(nèi)部采用傳聲器陣列進(jìn)行測(cè)量。試驗(yàn)時(shí),將傳聲器陣列安放在平臺(tái)艙內(nèi)距被測(cè)壁板結(jié)構(gòu)1米處, 外聲場(chǎng)采用聲導(dǎo)進(jìn)行激勵(lì)。

3. 3 測(cè)試原理

        試驗(yàn)選用聲壓測(cè)量法,測(cè)試框圖見圖2。

圖 2  試驗(yàn)流程圖

3. 4 驗(yàn)結(jié)果及分析

        通過測(cè)量,得到在不同頻率段上聲壓級(jí)的大小分布, 如圖3所示。從圖中可知, 利用聲源識(shí)別, 壁板透聲較大的頻率是在100Hz到1KHz之間,可得到不同頻率下, 飛機(jī) 壁板結(jié)構(gòu)不同位置處輻射聲壓級(jí)的大小, 見圖3所示。

              圖 3  聲壓級(jí)分布圖

4 結(jié)論

        從測(cè)試結(jié)果可知不同頻率下聲壓級(jí)分布圖及主要聲源的位置變化,可以得到隨著頻率的增高,壁板透聲性能降低;其中,低頻時(shí), 平板是主要的透聲部位,通過筋的透聲可忽略, 隨著頻率增高,通過平板和筋的透聲大小基本相同。因此在低頻時(shí), 飛機(jī)艙內(nèi)產(chǎn)生的輻射聲壓主要由平板貢獻(xiàn)。頻率增高時(shí), 則由平板和加強(qiáng)筋共同貢獻(xiàn)。

        通過外聲場(chǎng)激勵(lì), 利用傳聲器陣列對(duì)機(jī)身壁板局部 區(qū)域進(jìn)行傳聲路徑識(shí)別,得到不同頻率下噪聲分布,為 進(jìn)行飛機(jī)壁板結(jié)構(gòu)聲學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

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