CN111122105B - 一种用于风洞的大型传声器支撑系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于风洞的大型传声器支撑系统，包括移动支座、传声器阵列架、支撑柱和伸缩杆，所述支撑柱设置在移动支座上，所述传声器阵列架通过铰链与支撑柱的端部铰接，阵列架相对于支撑柱摆动，所述伸缩杆垂直设置在移动支座上，伸缩杆端部与传声器阵列架铰接，通过支撑柱和伸缩杆上的铰链滑动改变传声器支撑架的俯仰角度，通过改变移动支座的方向，实现对传声器支撑架的滚转角度的改变；本发明解决了目前对传声器的分布和排列方式必须固定的问题，并且解决了目前对于传声器的信号传输问题。

Description

一种用于风洞的大型传声器支撑系统

技术领域

本发明涉及风洞声学领域，具体是涉及到传声器的支撑架以及分布排列方式。

背景技术

在当今社会里，飞机、汽车、高速列车等交通工具在方便人们生活和出行的同时，随之引发的噪声污染问题也日趋严重。风洞试验是开展气动噪声机理研究的重要手段，也是验证降噪优化设计最直接、有效的方法。气动声学风洞试验最重要的目的是准确地识别和定位出噪声源产生的区域，并测得声频谱和声强度的空间分布，为噪声控制和降噪处理提供依据。

波束形成技术是一种适合于中远距离声源成像的识别技术。该技术使用一组空间位置已知的传声器组成相控阵列，通过对每个传声器测得的声压信号进行“相位延时与求和”的信号处理方法，从而定位出空间平面出的声压大小分布图。该技术的准确性依赖于传声器使用的数量，以及传声器排列的位置和形式，针对不同的测试对象（包括对象外形大小、发声频率等），经常会将传声器排列成不同的布局以提高测试结果的分辨率和动态范围。对于8米量级风洞而言，通常使用至少180只传声器同时进行测量，要求传声器最大直线距离不小于4米；针对不同的测试对象，要求所有传声器的空间平面布局可任意调整；另外，在实际工程应用中，还必须充分考虑所有传声器的整体搬运，以及上百根线缆的快速安装和拆卸等问题。目前，商用型传声器安装架存在尺寸小、传声器安装位置少、传声器布局位置不易调整等问题，无法在8米量级风洞里开展试验。。

发明内容

本发明的目的是提供一种传声器的阵列架，通过该阵列架解决目前对传声器的分布和排列方式必须固定的问题，并且解决目前对于传声器的信号传输问题；

本发明还提供一种用于固定传声器的支座，与阵列架配合使用；

本发明还提供一种支撑系统，通过该系统可以改变传声器阵列在风洞试验中对于俯仰、滚转的角度变化。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于风洞的大型传声器支撑系统，包括移动支座、传声器阵列架、支撑柱和伸缩杆，

所述支撑柱具有两根，垂直对称固定设置在移动支座上，所述移动支座通过在底部设置滚轮实现支座的移动，

所述传声器阵列架通过铰链与支撑柱的端部铰接，阵列架相对于支撑柱摆动，

所述伸缩杆垂直设置在移动支座上，伸缩杆与两根支撑柱成三角形分布设置，所述伸缩杆的端部与传声器阵列架铰接，

通过对伸缩杆进行伸缩施加作用力到传声器支撑架上，通过支撑柱和伸缩杆上的铰链滑动改变传声器支撑架的俯仰角度，

通过改变移动支座的方向，实现对传声器支撑架的滚转角度的改变。

本发明还公布一种传声器阵列架，包括固定架和设置在固定架同一侧面的网格体，所述固定架为正六边形，所述固定架的每一个边框沿着相同旋转方向固定设置有一个伸出固定架的悬臂，所述悬臂上设置为网格结构，所述网格体与悬臂上分别具有若干个网孔，每一个网孔用于设置一个传声器支座。

在上述技术方案中，所述网格体包括中心网格和围绕中心网格对称分布的若干网格，所述中心网格的网孔直径与其他若干网格的网孔直径不一致，所有网格均整体固定连接到固定架上。

在上述技术方案中，所述中心网格的网孔直径小于其他网格的网孔直径，中心网格的网孔直径为其他网格的网孔直径的二分之一。

在上述技术方案中，所述固定架的本体上设置有若干线槽，每一个线槽内设置有若干组信号传输线，一组信号传输线的一端用于与网格体上的一个网孔内的传声器连接，信号传输线的另一端连接到固定架边框上的信号转接器，所述信号转接器上设置有一个总线输出端用于与外部控制系统连接。

在上述技术方案中，所述固定架的每一个边框上均设置有一个信号转接器，网格体上的每一个网孔对应的信号传输线至少连接到一个信号转接器上。

本发明还提供一种传声器支座，包括绝缘的底座和设置在底座上的绝缘支撑杆，支撑杆的端部用于插入传声器，所述传声器的信号传输线通过支撑杆和底座内的空腔从支撑座底部引出。

在上述技术方案中，所述底座的外形与网孔的内径一致，沿着所述底座的四周设置有一圈凸出的外缘，所述外缘用于与网孔的端面接触、限制底座穿过网孔。

在上述技术方案中，所述底座、支撑杆为一体结构，支撑杆的端部为渐变的柔性锥面，锥口的直径小于支撑杆内部空腔的直径。

本发明还提供一种传声器的排布方式，

传声器阵列架、传声器支座、传声器为相互独立的结构，

一个传声器通过一个传声器支座固定后设置在一个传声器阵列架的网孔内，传声器与该网孔对应的信号传输线连接，

根据被测试验对象，若干个传声器各自通过一个传声器支座以不同的排列方式分布在网格体和悬臂上的部分网孔内。

开始测试前，试验人员根据本次被测对象的大小、距离和关注频率等参数计算出本次试验所需传声器的数量，以及传声器的最优化布局形式，确保在传声器数量相同的情况下，通过最优化的阵型提高测试结果的分辨率和动态范围。然后在网格体和悬臂的相应位置安装支撑座和传声器，并将信号线缆通过走线槽连接到信号转接器，并由信号转接器通过集中总线形式将电源和信号汇集至数据采集设。测试开始时，整个支撑系统可随被测对象前进或后退在水平方向准确地自由移动，同时随着被测对象姿态角的变化而准确地改变自身的迎角，从而保证传声器网格平面始终与被测对象平面的距离和角度是一致的

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

在本发明中，用于支撑传声器的网格体以矩阵的形式分布，传声器根据试验需求可以在矩阵排列的网孔中以任意形式、任意数量的排布， 并不需要如同传统的阵列架进行统一数量的固定、统一排布方式。

在本发明中，传声器采用传声器支座进行支持，而传声器支座与网格体的网孔之间采用插销式的方式进行连接，具有操作方便、快捷的特点，并且所有支座因为统一的结构设计，可以最大程度的保证固定后的外形一致，减小传统传声器固定结构可能出现的对流场的影响。

在现有技术中，当阵列架上设置若干个传声器后，每一个传声器上均会有一根信号传输线，若干传输线的存在不仅对支撑架造成负担，在转动过程中可能出现绕线的风险，而且大量的线缆会影响风洞流场。因此本发明中，采用在阵列件固定架上设置走线槽，将所有线缆收集在固定槽内，通过信号转接器统一的总线输出，避免线缆对整个系统的影响。

在本发明中，网孔与传声器支座之间采用过盈插接，因为本发明的传声器支座采用的是绝缘材料，采用具有弹性的橡胶制成，因此过盈连接可以避免传声器支座从网孔中掉落，可以实现阵列架在翻转过程中，与传声器的固定连接。因此相对于传统固定结构中必须采用锁紧结构进行锁紧，本发明的固定是不会在阵列架与传声器支座之间有额外的结构进行固定。

在本发明中，增加移动的支撑架，并用支撑柱和伸缩杆来实现阵列架的翻转，避免现有技术中阵列架固定连接的弊端。针对于同一来流方向，通过伸缩杆可以实现阵列架的俯仰角度的调整，而改变支撑架的方向，就能实现阵列架的滚转角度的调整；解决现有阵列架在一次试验中，无法进行角度调整的问题。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是阵列架的结构示意图；

图2是图1中A的局部放大示意图；

图3是支撑座的结构示意图；

图4是图3是的剖面示意图；

图5是支撑系统的示意图；

图6是整个支撑系统的结构示意图；

其中：1是固定架，2是悬臂，3是网格体，4是中心网格，5是支撑杆，6的外沿，7是底座，8是移动支架，9是支撑柱，10是伸缩杆。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本实施例中,传声器阵列架、传声器支撑座为相互独立的结构，两者结合可以支持若干个传声器的任意排布方式，构成完整的传声器支撑系统。

在本实施例中，如图1所示传声器阵列架整体分别由阵列架本体的网格体、悬臂、固定架等组成。网格体分成9个板块，9个板块最后安装拼接在一起成为内切圆4米的正六边形。阵列架总共有6个悬臂，分别安装在阵列架的每一条边上，安装臂长为3.72米。固定架总体分成3个板块，通过螺纹连接使其成为一个整体。网个体的拼接安装通过固定架来完成，使阵列架本体安装在固定架上，有固定架的一面为阵列架背面，另一面则为标准的基准平面。阵列架整体用铝型材制造，整个重量控制在300kg以内。

为了更好的进行声学试验，9个网格体不完全是一样的，其中正六边形的中间一块为中心网格，其他8块网格体围绕中心网格对称分布。其中中心网格上的网孔直径小于其他网格体上的网孔直径；为了取得最好的试验效果，中心网格的网孔直径为其他网格体网孔直径的一半。

本实施例中，为了取得更加精准的试验数据，在阵列架上设置有悬臂，如图1和图2所示，按照正六边形结构而言，沿着每一个侧边分别设置一个悬臂，悬臂伸出阵列架本体，六个悬臂按照阵列件的同一旋转方向设置。在悬臂上同样设置为网格体，具有若干个网孔，悬臂上的结构与固定架上结构一致，均设置有线槽。悬臂采用嵌入式和螺纹双重固定安装到固定架上。

在本实施例中，为了减轻阵列架固定架和悬臂的整体重量，在其各自的本体结构上，在没有网孔和线槽的位置上均采用开孔的方式，来减轻整体的重量。

在本实施例中，为了解决现有阵列架中传输线缆影响试验的问题，将整个阵列架采用一个输出端进行信号的输出。具体为，在阵列架的固定架上设置有信号转接器，信号转接器具有若干个输入，但是只有一个总线输出端。而若干个输入端，采用在固定架本体上设置有若干个线槽，线槽内用于设置信号传输线，线槽的分布确保网格体上的任意一个网孔都能对应到一个线槽上；这样当网孔内设置有传声器后，传声器的信号传输线通过线槽进行布线然后连接到信号转接器上。而信号转接器中通过信号处理芯片将所有信号进行编码后由总线输出。这种结构可以避免每一个传声器对应的传输线全部吊装在固定架上，不但影响风洞流场，还会因为阵列架转动时受到线缆的影响。

为了避免传声器数量过多导致信号转接器的输入端口不够用，本实施例优先设计为在阵列架的固定架的正六边形的每一个边框上分别设置一个信号转接器，确保网格体上至少通过线缆与一个信号转接器进行连接；所有的信号转接器先后支架通过总线并行输出。

如图3和图4所示，在本实施例中传声器的固定采用了传声器支撑座，总所周知风洞试验中传声器的体积非常小，不可能直接固定在阵列架上，必须要通过一个支撑座来固定，因此支撑座的设计是本领域中的一个重点，必须要考虑支撑座本身对传声器的性能影响。在本实施例中，支撑座采用一体结构设计，采用非金属的绝缘材料制成，包括底座和支撑杆，底座的外形与网格体上的网孔的内径一致。本实施例中采用四面体设计，底座的四个侧面与网孔接触，底座与网孔之间采用过盈配合，避免底座从网孔内脱落。为了避免底座从网孔内因为抖动脱落，在底座上沿着周向设置有一圈凸出的外缘，外缘用于与网孔的端面接触，通过外缘卡住底座，避免底座从网孔内穿过。

为了固定传声器，且避免底座给传声器代来影响，支撑杆的外形设计与传声器的外形一致，且支撑杆的内部和底座内部均为想通的中空结构，将传声器插入到支撑杆内。为了解决固定支撑杆与传声器的问题，在支撑杆的端部采用柔性的锥形体设计，支撑杆的端口直径略小于传声器的直径，在安装时直接将传声器插入到端口内即可，因为端口为柔性设计，具有一定的弹力，可以通过弹力将传声器固定在支撑杆上。而锥形体的设计可以减小支撑杆对传声器的新能影响，因为传声器外部的固定不借助其他结构，因此最大限度的减小了对于传声器的性能影响。

如图5和图6所示，为了使得本实施能适用于各种风洞试验，对于阵列架的支撑系统包括有移动支座，移动支座上设置有万向轮，可以通过推动移动支座改变阵列架在风洞中的方向，同时可以通过推动移动支座使得整体系统跟换不同的风洞。

移动支座上设置有支撑柱，支撑柱用于支撑阵列架；为了确保阵列架可以进行俯仰角度的偏转，支撑柱与阵列架之间采用铰链连接，使得阵列架可以以连接点为支点进行摆动。为了更好的保证支撑效果和俯仰角度，采用在移动支座上设置两根支撑柱，两根支撑柱上的铰链结构保持同一方向进行连接，确保阵列架可以在两根支撑柱上同步偏转。

为了确保阵列架能进行偏转，必须给阵列架施加一个作用力，本实施例中采用在移动支座上设置一个伸缩杆，伸缩杆的一端连接到阵列架上，伸缩杆的另一端通过电机控制伸缩，通过伸缩给阵列架一个推力，而推力使得阵列架在铰链结构的支撑下进行偏转。

当移动支座保持一个方式设置在风洞中，通过伸缩杆可以改变阵列架相对于来流的俯仰角度，而以该来流方向为参考点，改变移动支座的方向从而改变阵列架相对于来流的方向，从而实现改变阵列架相对于来流的滚转角度。

在本实施例中，因为阵列架按照正六边形设计，正六边形区域中有若干个网孔，因此每个网孔中是否设置传声器，可以根据实际试验需求，按照被测对象的要求在正六边形区域内进行不同方式的分布传声器，满足不同的试验需求。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1.一种用于风洞的大型传声器支撑系统，其特征在于包括移动支座、传声器阵列架、支撑柱和伸缩杆，所述支撑柱具有两根，垂直对称固定设置在移动支座上，所述移动支座通过在底部设置滚轮实现支座的移动，所述传声器阵列架通过铰链与支撑柱的端部铰接，阵列架相对于支撑柱摆动，所述伸缩杆垂直设置在移动支座上，伸缩杆与两根支撑柱成三角形分布设置，所述伸缩杆的端部与传声器阵列架铰接，通过对伸缩杆进行伸缩施加作用力到传声器支撑架上，通过支撑柱和伸缩杆上的铰链滑动改变传声器支撑架的俯仰角度，通过改变移动支座的方向，实现对传声器支撑架的滚转角度的改变；

所述传声器阵列架，包括固定架和设置在固定架同一侧面的网格体，所述固定架为正六边形，所述固定架的每一个边框沿着相同旋转方向固定设置有一个伸出固定架的悬臂，所述悬臂上设置为网格结构，所述网格体与悬臂上分别具有若干个网孔，每一个网孔用于设置一个传声器支座。

2.根据权利要求1所述的一种用于风洞的大型传声器支撑系统，其特征在于所述网格体包括中心网格和围绕中心网格对称分布的若干网格，所述中心网格的网孔直径与其他若干网格的网孔直径不一致，所有网格均整体固定连接到固定架上。

3.根据权利要求2所述的一种用于风洞的大型传声器支撑系统，其特征在于所述中心网格的网孔直径小于其他网格的网孔直径，中心网格的网孔直径为其他网格的网孔直径的二分之一。

4.根据权利要求1所述的一种用于风洞的大型传声器支撑系统，其特征在于所述固定架的本体上设置有若干线槽，每一个线槽内设置有若干组信号传输线，一组信号传输线的一端用于与网格体上的一个网孔内的传声器连接，信号传输线的另一端连接到固定架边框上的信号转接器，所述信号转接器上设置有一个总线输出端用于与外部控制系统连接。

5.根据权利要求4所述的一种用于风洞的大型传声器支撑系统，其特征在于所述固定架的每一个边框上均设置有一个信号转接器，网格体上的每一个网孔对应的信号传输线至少连接到一个信号转接器上。

6.根据权利要求1所述的一种用于风洞的大型传声器支撑系统，其特征在于所述传声器阵列架上设置有传声器支座，所述传声器支座包括绝缘的底座和设置在底座上的绝缘支撑杆，支撑杆的端部用于插入传声器，所述传声器的信号传输线通过支撑杆和底座内的空腔从传声器支座底部引出。

7.根据权利要求6所述的一种用于风洞的大型传声器支撑系统，其特征在于所述底座的外形与网孔的内径一致，沿着所述底座的四周设置有一圈凸出的外缘，所述外缘用于与网孔的端面接触、限制底座穿过网孔。

8.根据权利要求6所述的一种用于风洞的大型传声器支撑系统，其特征在于所述底座、支撑杆为一体结构，支撑杆的端部为渐变的柔性锥面，锥口的直径小于支撑杆内部空腔的直径。

9.根据权利要求1所述的一种用于风洞的大型传声器支撑系统，其特征在于传声器在传声器阵列架上的排布方式为：

传声器阵列架、传声器支座、传声器为相互独立的结构，

一个传声器通过一个传声器支座固定后设置在一个传声器阵列架的网孔内，传声器与该网孔对应的信号传输线连接，

根据被测试验对象，若干个传声器各自通过一个传声器支座以不同的排列方式分布在网格体和悬臂上的部分网孔内。

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