CN111572811A - 用于模拟低温压差环境的隔声测试的测试系统及隔声测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于模拟低温压差环境的隔声测试的测试系统及隔声测试方法，该测试系统包括低温压差箱，低温压差箱包括：一端开口的箱体，箱体的开口与安装开口相适配，从而能够经由安装开口和待测结构件相连；扬声器阵列，其能够形成测试声场；传声器阵列，其能够测量箱体内多个位置的声压；能够调节箱体内的温度和气压的温度控制模块和气压控制模块。根据本发明的用于模拟低温压差环境的隔声测试的测试系统及隔声测试方法，能够有效地模拟真实的客机巡航环境，尤其是较准确地模拟所需的低温压差环境，相比现有技术大幅降低了测试的技术难度和测试所需成本，提高了对模拟真实工况中的结构件进行隔声性能测试的效率。

Description

用于模拟低温压差环境的隔声测试的测试系统及隔声测试 方法

技术领域

本发明涉及结构声学测试领域，具体涉及用于飞行器的特种工况下的结构隔声测试，尤其是，涉及一种用于模拟低温压差环境的隔声测试的测试系统及隔声测试方法。

背景技术

评估飞行器或航空器等的壁板结构在实际运行工况中的隔声特性，主要可采用以下两种方法：高空真机试验和地面试验。高空真机试验费时费力，其成本过于高昂且试验效率低下。地面试验则需要复现飞行器在高空中的工况或者环境，包括通常超过0.5标准大气的压差和低至零下50℃的低温环境。

传统的地面隔声测试环境主要有混响-混响环境和混响-消声环境，其中混响声源室的容积由所需测试的最低频率确定，一般需要约200立方米的空间。要在这么大的空间内模拟飞行器在高空中所处的负压低温环境，因声源室的承压能力、温控能力以及人员的操作安全性等多个方面的因素对试验中的工况模拟提出了极高的要求，要满足这一系列的要求具有极高的技术难度，同时会很大程度上提高试验成本。

另一方面，随着先进技术的发展和制造工艺水平的提高，复合材料在飞机上的应用比例越来越大，其中承担隔离大部分外部噪声的机身主要以复合材料为主。理论研究和试验验证均证明复合材料结构的隔声性能下降将直接、显著地影响舱内的噪声水平。相对于金属材料，复合材料的各方面特性随着温度和气压的变化会发生很大改变。在巡航状态下，飞行器的机身壁板结构长时间处于低温和压差环境，且复合材料的特性与制造工艺水平有很大关系。诸如，机身壁板结构上的长桁和框的设计细节，就很难用仿真手段进行较为精确的模拟。因此，对于复合材料为主的飞行器结构件而言，更为迫切地需要通过试验手段确定实际工况下的低温和压差因素对诸如机身壁板结构的结构件的隔声性能的影响。

目前，常规的结构隔声试验主要依据GB/T31004.1-2014、GB/T1989.3-2005标准进行测试，其测试环境均为常温常压下的混响室。而如上所述不难看出，这样的测试环境完全无法满足诸如对于飞行器结构件的模拟真实工况的隔声测试的需求。

因此，亟需设计一种用于模拟低温压差环境的隔声测试的测试系统及隔声测试方法，以有效地模拟真实的客机巡航环境，同时高效、准确地对模拟真实工况中的结构件进行隔声性能的测试，以至少部分消除现有技术存在的上述缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的隔声测试系统无法实现对于飞行器的真实工况的模拟或者需要极高的成本才可能实现对该真实工况的模拟，因而难以以相对低的成本准确、有效地评估诸如飞行器或航空器的结构件在实际运行工况中的隔声性能的缺陷，提出一种用于模拟低温压差环境的隔声测试的测试系统及隔声测试方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

本发明提供了一种用于模拟低温压差环境的隔声测试的测试系统，所述测试系统包括混响室，所述混响室开设有用于安装待测结构件的安装开口，其特点在于，所述测试系统还包括低温压差箱，所述低温压差箱包括：

一端开口的箱体，所述箱体的开口与所述安装开口相适配，从而能够经由所述安装开口和所述待测结构件相连；

位于所述箱体内的扬声器阵列，所述扬声器阵列被配置为能够形成测试声场；

位于所述箱体内的传声器阵列，所述传声器阵列被配置为能够测量所述箱体内多个位置的声压；

温度控制模块，所述温度控制模块被配置为能够调节所述箱体内的温度；

气压控制模块，所述气压控制模块被配置为能够调节所述箱体内的气压。

根据本发明的一种实施方式，所述扬声器阵列包括彼此独立的多个扬声器阵元，所述传声器阵列包括彼此独立的多个传声器阵元。

根据本发明的一种实施方式，所述测试系统还包括：

多通道输入输出控制模块，所述多通道输入输出控制模块被配置为能够采集所述多个传声器阵元测得的声压信号，并根据所述声压信号生成多路原始声信号；

多通道功率放大模块，所述多通道功率放大模块包括多个功率放大器，所述多个功率放大器的输出端分别连接至所述多个扬声器单元、输入端则连接至所述多通道输入输出控制模块，所述多个功率放大器被配置为能够分别接收所述多路原始声信号并将其放大后传输至所述多个扬声器阵元。

根据本发明的一种实施方式，所述多路原始声信号为非相干的噪声信号。

根据本发明的一种实施方式，所述扬声器阵元的数量由式(1)限定

式(1)中，n_spk为所述扬声器阵元的数量，S为所述待测结构件的测试面的表面积或者所述安装开口的面积，c为声速，f_max为所述隔声测试选取的测试频率的上限值。

根据本发明的一种实施方式，所述传声器阵元沿所述箱体的开口的边缘分散布置为一列。

根据本发明的一种实施方式，所述扬声器阵列面向所述传声器阵元地布置于所述箱体内与所述箱体的开口相对的一侧。

根据本发明的一种实施方式，所述传声器阵列还包括承载所述传声器阵元的可调支架，所述测试系统还包括位于所述箱体外部的外部阵元控制器，所述外部阵元控制器被配置为能够调节所述传声器阵元的位置和/或朝向。

根据本发明的一种实施方式，所述测试系统还包括透射声接收室，所述透射声接收室开设有与所述待测结构件相适配的测试开口。

本发明还提供了一种采用如上所述的用于模拟低温压差环境的隔声测试的测试系统的隔声测试方法，其中，所述隔声测试方法包括：

将待测结构件安装至所述混响室的所述安装开口；

将所述低温压差箱的箱体的开口对准并贴紧所述待测结构件的表面；

通过所述温度控制模块和所述气压控制模块将所述箱体内的温度和气压调节至测试所需温度和所需气压；

根据所述传声器阵列测得的所述箱体内多个位置的声压调节所述扬声器阵列输出形成的测试声场，以使得所述测试声场满足预设的扩散声场信号要求；

采集透射穿过所述待测结构件的透射声信号，并根据所述传声器阵列测得的所述声压和所述透射声信号计算隔声量。

根据本发明的一种实施方式，所述隔声测试方法还包括：

根据所述低温压差箱的箱体的开口所对准的所述待测结构件的表面的表面形状，调节所述传声器阵列所包含的多个传声器阵元的位置，使得所述传声器阵元沿所述箱体的开口的边缘分散布置为一列，并且该列传声器阵元中的每一个与所述待测结构件的表面的间距基本相等。

根据本发明的一种实施方式，所述将所述箱体内的温度调节至测试所需温度包括，线性地调节在测试过程中所述箱体内的环境温度在-50℃-0℃的温度范围内变化。

根据本发明的一种实施方式，所述将所述箱体内的气压调节至测试所需气压包括，线性地调节在测试过程中所述传声器阵列所包含的多个传声器阵元所测得的气压，使之稳定地维持在目标气压附近。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：

根据本发明的用于模拟低温压差环境的隔声测试的测试系统及隔声测试方法，能够有效地模拟真实的客机巡航环境，尤其是较准确地模拟所需的低温压差环境，并且主要利用低温压差箱来为待测结构件提供对于真实工况的模拟，不仅有助于更准确地控制所模拟的环境参数，更因无需对整个混响室的大容积进行特定的温度调节和气压调节而大幅降低了测试的技术难度和测试所需成本，提高了对模拟真实工况中的结构件进行隔声性能测试的效率。

附图说明

图1为根据本发明的优选实施方式的用于模拟低温压差环境的隔声测试的测试系统的示意图。

附图标记说明：

1：低温压差箱 2：扬声器阵列

3：传声器阵列 4：气压控制端

5：温度控制端 6：多通道输入输出控制模块

7：待测结构件 8：控制室

9：测试窗口 10：混响室

11：透射声接收室

具体实施方式

下面结合说明书附图，进一步对本发明的优选实施例进行详细描述，以下的描述为示例性的，并非对本发明的限制，任何的其他类似情形也都落入本发明的保护范围之中。

在以下的具体描述中，方向性的术语，例如“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”等，参考附图中描述的方向使用。本发明的实施例的部件可被置于多种不同的方向，方向性的术语是用于示例的目的而非限制性的。

参考图1所示，根据本发明的较佳实施方式的、用于模拟低温压差环境的隔声测试的测试系统，测试系统包括混响室10，混响室10开设有用于安装待测结构件7的安装开口，该安装开口同时也是隔声测试的测试窗口9。该测试系统还包括具有采用如下设计的低温压差箱1。

该低温压差箱1包括一端开口的箱体，箱体的开口与测试窗口9相适配，从而能够经由测试窗口9和待测结构件7相连。在该箱体内布置有扬声器阵列2和传声器阵列3，扬声器阵列2被配置为能够形成测试声场，而传声器阵列3被配置为能够测量箱体内多个位置的声压。同时，该低温压差箱1还设计有被配置为能够调节箱体内的温度和气压的温度控制模块和气压控制模块。

其中，应当理解的是，举例来说，该温度控制模块可以是主要由制冷剂、压缩机、冷凝器、蒸发器、节流部件、温度传感器及温度控制电路中的部分组件所组成的制冷温控装置，也可以是由预制冷媒、蒸发器及温度控制电路等部分组成的简易温度控制模块。根据一些优选的实施方式，该温度控制模块被设计为能够将箱体内的温度调节至测试所需温度，并且能够线性地调节在测试过程中箱体内的环境温度在诸如-50℃-0℃的低温温度范围内变化。

还应当理解的是，举例来说，该气压控制模块可以主要由诸如真空泵、排气阀、进气阀、气压传感器及气压控制电路等中的一部分组成。根据一些优选的实施方式，该气压控制模块被设计为，能够将箱体内的气压调节至测试所需气压，并能够线性地调节在测试过程中传声器阵列3所包含的多个传声器阵元所测得的气压，使之稳定地维持在目标气压附近。在此所称的目标气压可以例如是，将待测结构件7的表面压差稳定维持在约2psi、4psi、6psi、8psi，目标气压附近例如可以是指压差误差控制在±0.1psi。由此，利用该气压控制模块能够在待测结构件7的表面处线性模拟出一定范围内的任意压差。

可以理解的是，由于根据本发明的上述实施方式的方案实质上利用低温压差箱1来为待测结构件7提供对于真实工况的模拟，而低温压差箱1的容积可显著小于测试所用的混响室10的容积，因而这种设计不仅有助于更准确地控制所模拟的环境参数，更因无需对整个混响室10的大容积进行特定的温度调节和气压调节而大幅降低了测试的技术难度和测试所需成本，提高了对模拟真实工况中的结构件进行隔声性能测试的效率。

并且，还应理解的是，尽管根据本发明的上述实施方式的这种测试系统尽管在实际应用中需要求低温压差箱1的箱体开口和待测结构件7之间的气密连接，但考虑到包括目前已有的测试系统中的混响室10在测试时同样需要在混响室10的测试窗口9处实施和待测结构件7之间的气密连接，因而根据本发明的上述实施方式的这种测试系统的上述要求并不会明显增加测试所需的实质负担，其相比现有技术的测试系统的技术优越性是极为显著的。

根据本发明的一些优选实施方式，为了提供更为便捷的在测试过程中对于测试环境的调整，在混响室10外可另设控制室8，可由操作人员通过在控制室8中的气压控制端4处的输入对该气压控制模块进行远程控制和调节，相似地，可由操作人员通过在控制室8中的温度控制端5处的输入对该温度控制模块进行远程控制和调节，从而对试验中的低温压差环境进行调节控制。

如图1所示，根据本发明的一些优选实施方式，扬声器阵列2包括彼此独立的多个扬声器阵元，传声器阵列3包括彼此独立的多个传声器阵元。

进一步优选地，在该测试系统中，扬声器阵元的数量可由式(1)限定

式(1)中，n_spk为扬声器阵元的数量，S为待测结构件7的测试面的表面积或者安装开口的面积，c为声速，f_max为隔声测试选取的测试频率的上限值。

换言之，可根据式(1)估算在进行的隔声测试中所需的扬声器阵元的最小数量。进一步地，根据所需的扬声器阵元的最小数量及待测结构件7的测试面的表面积、安装开口(即测试窗口9)的面积，估计适用的容积相对较小或者最小的低温压差箱1，从而进一步提高测试的效率、降低测试的成本、降低温控和气压控制的操作难度等。

根据本发明的一些优选实施方式，测试系统还包括：

多通道输入输出控制模块6，多通道输入输出控制模块6被配置为能够采集多个传声器阵元测得的声压信号，并根据声压信号生成多路原始声信号；

多通道功率放大模块(图1中未示出)，多通道功率放大模块包括多个功率放大器，多个功率放大器的输出端分别连接至多个扬声器单元、输入端则连接至多通道输入输出控制模块6，多个功率放大器被配置为能够分别接收多路原始声信号并将其放大后传输至多个扬声器阵元。

其中，多路原始声信号可以为非相干的噪声信号。

根据本发明的一些优选实施方式，该低温压差箱1的箱体可以由高强度金属材料或复合材料组成，并在壳体表面敷设保温材料。

并且，扬声器阵列2阵元的频响范围应当能覆盖隔声测试要求的频带，根据需求的不同，可以采用宽带扬声器，或是由高音单元和低音单元组成的复合扬声器单元。其中，该扬声器阵列2可用于形成诸如100Hz至5000Hz频率范围的混响场。

参考图1所示，根据本发明的一些优选实施方式，传声器阵元沿箱体的开口的边缘分散布置为一列。扬声器阵列2面向传声器阵元地布置于箱体内与箱体的开口相对的一侧。

根据本发明的一些优选实施方式，传声器阵列3还包括承载传声器阵元的可调支架，测试系统还包括位于箱体外部的外部阵元控制器，外部阵元控制器被配置为能够调节传声器阵元的位置和/或朝向。

根据本发明的一些优选实施方式，测试系统还包括透射声接收室11，透射声接收室11开设有与待测结构件7相适配的测试开口。该透射声接收室11可以是消声室或者混响室10，用于测量通过试验件的透射声信号。

根据本发明的另一方面，还提供了采用根据上述优选实施方式的用于模拟低温压差环境的隔声测试的测试系统的隔声测试方法，该隔声测试方法可包括：

将待测结构件7气密地安装至混响室10的安装开口；

将低温压差箱1的箱体的开口对准并贴紧待测结构件7的表面；

通过温度控制模块和气压控制模块将箱体内的温度和气压调节至测试所需温度和所需气压；

根据传声器阵列3测得的箱体内多个位置的声压调节扬声器阵列2输出形成的测试声场，以使得测试声场满足预设的扩散声场信号要求；

采集透射穿过待测结构件7的透射声信号，并根据传声器阵列3测得的声压和透射声信号计算隔声量。

其中，该隔声测试方法还可包括：

根据低温压差箱1的箱体的开口所对准的待测结构件7的表面的表面形状，调节传声器阵列3所包含的多个传声器阵元的位置，使得传声器阵元沿箱体的开口的边缘分散布置为一列，并且该列传声器阵元中的每一个与待测结构件7的表面的间距基本相等。

根据一些优选实施方式，该测试方法中，将箱体内的温度调节至测试所需温度包括，线性地调节在测试过程中箱体内的环境温度在-50℃-0℃的温度范围内变化。而将箱体内的气压调节至测试所需气压包括，线性地调节在测试过程中传声器阵列3所包含的多个传声器阵元所测得的气压，使之稳定地维持在目标气压附近。

根据本发明的上述优选实施方式的用于模拟低温压差环境的隔声测试的测试系统及隔声测试方法，能够有效地模拟真实的客机巡航环境，尤其是较准确地模拟所需的低温压差环境，并且主要利用低温压差箱来为待测结构件提供对于真实工况的模拟，不仅有助于更准确地控制所模拟的环境参数。

并且，值得注意的是，由于根据本发明的上述优选实施方式的测试系统无需对整个混响室的大容积进行特定的温度调节和气压调节即可提供待测结构件满足测试要求或者工况模拟要求的测试环境，因而得以大幅降低隔声测试的技术难度和测试所需成本，提高了对模拟真实工况中的结构件进行隔声性能测试的效率。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种用于模拟低温压差环境的隔声测试的测试系统，所述测试系统包括混响室，所述混响室开设有用于安装待测结构件的安装开口，其特征在于，所述测试系统还包括低温压差箱，所述低温压差箱包括：

一端开口的箱体，所述箱体的开口与所述安装开口相适配，从而能够经由所述安装开口和所述待测结构件相连；

位于所述箱体内的扬声器阵列，所述扬声器阵列被配置为能够形成测试声场；

位于所述箱体内的传声器阵列，所述传声器阵列被配置为能够测量所述箱体内多个位置的声压；

温度控制模块，所述温度控制模块被配置为能够调节所述箱体内的温度；

气压控制模块，所述气压控制模块被配置为能够调节所述箱体内的气压。

2.如权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述扬声器阵列包括彼此独立的多个扬声器阵元，所述传声器阵列包括彼此独立的多个传声器阵元。

3.如权利要求2所述的测试系统，其特征在于，所述测试系统还包括：

多通道输入输出控制模块，所述多通道输入输出控制模块被配置为能够采集所述多个传声器阵元测得的声压信号，并根据所述声压信号生成多路原始声信号；

多通道功率放大模块，所述多通道功率放大模块包括多个功率放大器，所述多个功率放大器的输出端分别连接至所述多个扬声器单元、输入端则连接至所述多通道输入输出控制模块，所述多个功率放大器被配置为能够分别接收所述多路原始声信号并将其放大后传输至所述多个扬声器阵元。

4.如权利要求3所述的测试系统，其特征在于，所述多路原始声信号为非相干的噪声信号。

5.如权利要求2所述的测试系统，其特征在于，所述扬声器阵元的数量由式(1)限定

式(1)中，n_spk为所述扬声器阵元的数量，S为所述待测结构件的测试面的表面积或者所述安装开口的面积，c为声速，f_max为所述隔声测试选取的测试频率的上限值。

6.如权利要求2所述的测试系统，其特征在于，所述传声器阵元沿所述箱体的开口的边缘分散布置为一列。

7.如权利要求6所述的测试系统，其特征在于，所述扬声器阵列面向所述传声器阵元地布置于所述箱体内与所述箱体的开口相对的一侧。

8.如权利要求2所述的测试系统，其特征在于，所述传声器阵列还包括承载所述传声器阵元的可调支架，所述测试系统还包括位于所述箱体外部的外部阵元控制器，所述外部阵元控制器被配置为能够调节所述传声器阵元的位置和/或朝向。

9.如权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述测试系统还包括透射声接收室，所述透射声接收室开设有与所述待测结构件相适配的测试开口。

10.一种采用如权利要求1-9中任意一项所述的用于模拟低温压差环境的隔声测试的测试系统的隔声测试方法，其中，所述隔声测试方法包括：

将待测结构件安装至所述混响室的所述安装开口；

将所述低温压差箱的箱体的开口对准并贴紧所述待测结构件的表面；

通过所述温度控制模块和所述气压控制模块将所述箱体内的温度和气压调节至测试所需温度和所需气压；

根据所述传声器阵列测得的所述箱体内多个位置的声压调节所述扬声器阵列输出形成的测试声场，以使得所述测试声场满足预设的扩散声场信号要求；

采集透射穿过所述待测结构件的透射声信号，并根据所述传声器阵列测得的所述声压和所述透射声信号计算隔声量。

11.如权利要求10所述的隔声测试方法，其特征在于，所述隔声测试方法还包括：

根据所述低温压差箱的箱体的开口所对准的所述待测结构件的表面的表面形状，调节所述传声器阵列所包含的多个传声器阵元的位置，使得所述传声器阵元沿所述箱体的开口的边缘分散布置为一列，并且该列传声器阵元中的每一个与所述待测结构件的表面的间距基本相等。

12.如权利要求10所述的隔声测试方法，其特征在于，所述将所述箱体内的温度调节至测试所需温度包括，线性地调节在测试过程中所述箱体内的环境温度在-50℃-0℃的温度范围内变化。

13.如权利要求10所述的隔声测试方法，其特征在于，所述将所述箱体内的气压调节至测试所需气压包括，线性地调节在测试过程中所述传声器阵列所包含的多个传声器阵元所测得的气压，使之稳定地维持在目标气压附近。

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