CN103712681B - 一种运载火箭发射燃气流噪声监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种运载火箭发射燃气流噪声监测系统核心，该系统由近场噪声测试阵列装置和远场噪声测试阵列装置组成。近场、远场噪声测试阵列装置均均以运载火箭箭体为对称中，构建“匚”形噪声测试栅格网，依托“匚”形噪声测试栅格网安放系列、均布矩阵式噪声测试阵列。其中，近场“匚”形噪声测试栅格网以发射平台台面外边缘为轮廓，由竖直、均布安放于发射平台台面上的立杆组、水平、均布安放于台面立杆组上的横杆组构建而成。远场“匚”形噪声测试栅格网以包含发射平台、发射场导流槽进、出口为参考外轮廓尺寸，由竖直、均布安放于发射场坪上的立杆组、水平、均布安放于场坪立杆组上的横杆组构建而成。近场“匚”形噪声测试栅格网与远场“匚”形噪声测试栅格网相对安放，互为参照，互为补充。

Description

一种运载火箭发射燃气流噪声监测系统

技术领域

本发明涉及火箭发射领域，尤其涉及一种运载火箭发射燃气流噪声监测系统。

背景技术

火箭发射燃气流对火箭、发射系统的噪声影响一直是火箭发射技术研发、发射系统专项设备研制、火箭专项噪声控制等领域关注的问题，这些领域均已投票入巨资进行专项噪声控制技术、产品原理及验证研究，相关研究中很重要的一项工作是检测并评估火箭发射燃气流场噪声参数，为此提出了很多简易或系统检测方法以适应不同技术形式的火箭发射噪声声源及传播环境。

目前，火箭发射燃气流噪声监测主要依托运载火箭发射系统结构条件在发射系统结构上搭载布置有限测点测试专设位置噪声参数，这种测试受发射系统结构条件（如平台及勤务塔结构条件）限制，测试的噪声参数往往难以反映火箭发射燃气流噪声特性，一些条件下受发射系统结构条件严重干扰导致噪声参数失真，同时由于测点有限，难以反映发射燃气流噪声传播规律及发射燃气流噪声声源位置动态变化规律，从而不能系统、精细地评估箭体及发射系统对燃气流噪声的影响，并且目前噪声监测形式仅适用于单喷管火箭发射燃气流烧蚀与噪声检测、评估，不适合运载火箭特别是捆绑式运载火箭发射燃气流烧蚀与噪声检测、评估。这主要有三个方面的原因：一是运载火箭多喷管燃气流相互干扰效应明显，造成燃气流噪声参数测试、分析特别困难；二是运载火箭往往采用不同种类的发动机以适应特殊发射技术能力要求，这在特别是捆绑式运载火箭的芯级发动机、助推级火箭发动机应用方面更加突出，造成燃气流噪声特性专项测试、分析（如频谱分析）难；三是运载火箭发射平台扰动效应突出，燃气流噪声影响必须充分考虑发射平台的结构扰动效应。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种运载火箭发射燃气流噪声监测系统，基于该监测系统可以监测、评估运载火箭发射燃气流噪声规律及影响情况，该监测系统同时适用于单喷管火箭、非规则火箭、航天器发射及飞行燃气流噪声规律及影响情况。

上述目的是通过下述方案实现的：

一种运载火箭发射燃气流噪声监测系统，其特征在于，所述监测系统包括近场测试阵列装置、远场测试阵列装置；其中，所述近场测试阵列装置为“匚”形噪声测试阵列，该近场测试阵列装置包括三个竖直的栅格网状平面支架，该三个栅格网状平面支架围绕运载火箭，以运载火箭箭体为对称中心，以发射平台台面外边缘为轮廓，以运载火箭待发射状态运载火箭与发射平台的组合体对称面为开口端面，以待发射状态运载火箭箭体高度为参考高度，由竖直、均布安放于发射平台台面上的立杆组、水平、均布安放于台面立杆组上的横杆组构建而成；所述远场测试阵列装置也为“匚”形噪声测试阵列，该远场测试阵列装置也由三个竖直的栅格网状平面支架以及安装于平面支架上均布、构成三个矩阵网的传感器阵列组成；三个栅格网状平面支架围绕运载火箭，以运载火箭箭体为对称中心，以待发射状态运载火箭箭顶离发射场坪高度为参考高度，以包含发射平台、发射场导流槽进、出口为参考外轮廓尺寸，由竖直、均布安放于发射场坪上的立杆组、水平、均布安放于场坪立杆组上的横杆组构建而成。

根据上述的运载火箭发射燃气流噪声监测系统，其特征在于，所述近场测试阵列装置的敞口方向与所述远场测试阵列装置的敞口方向相对设置。

本发明的有益效果：本发明的噪声监测系统可以在不影响火箭安全发射、不增加额外的燃气流扰动条件下便捷地测试燃气流噪声参数，主要包括燃气流噪声声压、声强参数，基于这些参数结合气动噪声基本理论及试验数据处理方法可以评估运载火箭发射喷流噪声特性，如发射喷流噪声声源区域变化及噪声声功率特性等。

附图说明

图1是本发明的运载火箭发射燃气流噪声监测系统方案正视图；

图2是本发明的运载火箭发射燃气流噪声监测系统方案右视图（也即图1的右视图）；

图3是本发明的运载火箭发射燃气流噪声监测系统方案俯视图（也即图1的俯视图）；

图4是本发明的远场噪声测试阵列装置方案正视图；

图5是本发明的远场噪声测试阵列装置方案右视图（也即图4的右视图）；

图6是本发明的近场噪声测试阵列装置在平台上的布位示意图；

图7是本发明的近场噪声测试阵列装置方案正视图；

图8是本发明的近场噪声测试阵列装置方案右视图（也即图7的右视图）。

具体实施方式

参考图1-图8，运载火箭发射系统设在场地6上。运载火箭发射燃气流噪声监测系统主要基于发射系统条件特别是发射系统结构规模构建，采用两套测试阵列装置实现运载火箭燃气流噪声的精细化监测。两套测试阵列装置中一套为远场测试阵列装置1，一套为近场测试阵列装置2。

远场测试阵列1主要用于测试运载火箭整个发射过程发射系统噪声声源特别是高声强声源的动态分布与变化规律，适用于监测整个发射系统特别是发射平台5、发射场导流槽等阵地设备、设施结构及孔口（分别于图3显示了导流槽出口9、图6显示发射平台导流孔组17及导流槽出口18）对发射喷流噪声声源变化情况，分析声源扰动对运载火箭箭体3的影响，如测试分析发射平台5附近的导流孔组17的声学“瓶口效应”以及平台台面的“墙壁效应”对运载火箭箭体噪声增强程度。

近场测试阵列装置2主要用于测试运载火箭发射起飞过程中运载火箭箭体3附近的噪声分布，以及噪声随运载火箭箭体高度、运载火箭起飞高度的变化规律，借以在不增加运载火箭箭体3测试负担的情况下据此评估发射阶段箭体喷流噪声规律以及噪声对箭体的影响。

参考图6-图8，近场测试阵列装置为“匚”形噪声测试阵列，该近场测试阵列装置由三个竖直的栅格网平面支架以及安装于平面支架上均布、构成三个矩阵网的传感器阵列21、24组成。三个栅格网状平面支架围绕运载火箭，以运载火箭箭体为对称中心，以发射平台台面外边缘为轮廓，以运载火箭待发射状态运载火箭与发射平台的组合体对称面为开口端面7，以待发射状态运载火箭箭体高度为参考高度，由竖直、均布安放于发射平台台面上的立杆组20、23以及水平、均布安放于台面立杆组上的横杆组19、22构建“匚”形栅格网。在“匚”形栅格网的“匚”形横条上配置空间坐标相对规整、水平等间距噪声测试孔并安装相应尺寸的噪声传感器，最终噪声传感器组在“匚”形栅格网三个平面上形成三组“矩阵式”噪声测试阵列21、24，即构建成远场“匚”形噪声测试阵列。“匚”形近场噪声测试阵列装置高度必要时应能涵盖运载火箭箭体高度及一定范围的起飞高度。“匚”形噪声测试阵列基于发射平台台体构建是为了充分利用发射平台台体结构规模形成的空间，不影响运载火箭等发射阶段设备进台面操作及图1-图3所示的多功能服务塔4上的运载火箭高位操作平台作业与回收，同时方便发射人员进入“匚”形噪声测试阵列空间内对发射平台、运载火箭进行检测、清理作业。

参考图1-图5，远场测试阵列装置也为“匚”形噪声测试阵列，该远场测试阵列装置也由三个竖直的栅格网平面支架以及安装于平面支架上均布、构成三个矩阵网的传感器阵列11、14组成。三个栅格网状平面支架围绕运载火箭3，以运载火箭3箭体为对称中心，以待发射状态运载火箭3箭顶离发射场坪高度为参考高度，以包含发射平台5、发射场导流槽进、出口9、18为参考外轮廓尺寸，由竖直、均布安放于发射场坪上的立杆组13、16以及水平、均布安放于场坪立杆组上的横杆组12、15构建“匚”形栅格网。然后在“匚”形栅格网的“匚”形横条上配置空间坐标相对规整、水平等间距噪声测试孔并安装相应尺寸的噪声传感器，最终噪声传感器组在“匚”形栅格网三个平面上形成三组“矩阵式”噪声测试阵列11、14，即构建成远场“匚”形噪声测试阵列。远场“匚”形噪声测试阵列高度必要时应能涵盖图1-图3发射运载火箭箭体坐落高度及一定范围的起飞高度。

为适应运载火箭垂直起飞阶段可能存在的相对对称面稍许水平向飘移以及发射系统的非理想对称性，本测试方案中，燃气流噪声近场“匚”形噪声测试阵列与燃气流噪声远场“匚”形噪声测试阵列以发射系统对称面为参考面相对安放。基于相对安放的燃气流噪声近场、远场“匚”形测试阵列测试结果进行气动噪声综合分析，可以比较精细说明运载火箭飘移及不对称发射系统设备带来的噪声声源不对称分布及噪声不对称传播规律。

图1-图8所示运载火箭发射燃气流噪声直接测试方案虽然基于特定捆绑式运载火箭发射系统构建，但可以比较容易地移植于其它形式的运载火箭甚至单喷管火箭的发射燃气流噪声测试与分析，也可方便地移植到缩尺度。运载火箭发射燃气流噪声直接测试与分析。

Claims (2)

1.一种运载火箭发射燃气流噪声监测系统，其特征在于，所述监测系统包括近场测试阵列装置、远场测试阵列装置；其中，所述近场测试阵列装置为“匚”形噪声测试阵列，该近场测试阵列装置包括三个竖直的栅格网状平面支架，该三个栅格网状平面支架围绕运载火箭，以运载火箭箭体为对称中心，以发射平台台面外边缘为轮廓，以待发射状态运载火箭与发射平台的组合体对称面为开口端面，以待发射状态运载火箭箭体高度为参考高度，由竖直、均布安放于发射平台台面上的立杆组、水平、均布安放于台面立杆组上的横杆组构建而成；所述远场测试阵列装置也为“匚”形噪声测试阵列，该远场测试阵列装置也由三个竖直的栅格网状平面支架以及安装于平面支架上均布、构成三个矩阵网的传感器阵列组成；三个栅格网状平面支架围绕运载火箭，以运载火箭箭体为对称中心，以待发射状态运载火箭箭顶离发射场坪高度为参考高度，以包含发射平台、发射场导流槽进、出口为参考外轮廓尺寸，由竖直、均布安放于发射场坪上的立杆组、水平、均布安放于场坪立杆组上的横杆组构建而成。

2.根据权利要求1所述的运载火箭发射燃气流噪声监测系统，其特征在于，所述近场测试阵列装置的敞口方向与所述远场测试阵列装置的敞口方向相对设置。