CN112362287A - 一种螺旋桨气动噪声风洞试验方法 - Google Patents

一种螺旋桨气动噪声风洞试验方法 Download PDF

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Abstract

本申请属于风洞试验技术领域，特别涉及一种螺旋桨气动噪声风洞试验方法。所述方法包括：搭建包括基础框架、台体、动力系统、测量装置和数据采集系统在内的试验台，并通过过渡台架支撑，试验台所固定的螺旋桨位于声学风洞中轴线上；采用地面线阵和圆弧阵列进行声学测量设备的测点布置；采用通道数量不少于测点数量的数据采集系统进行噪声数据的动态采集；根据地面线阵的时域声压值，获得螺旋桨远场气动噪声频谱特性，根据圆弧阵列的时域声压值，获得螺旋桨远场气动噪声的指向性特征。本申请为螺旋桨噪声源进行识别、定位，并进行噪声数据处理与特性分析提供了可靠的方法，并为螺旋桨数值模拟仿真和降噪方案提供验证和修正。

Description

一种螺旋桨气动噪声风洞试验方法
技术领域
本申请属于风洞试验技术领域，特别涉及一种螺旋桨气动噪声风洞试验方法。
背景技术
风洞模型试验是航空飞行器研制阶段了解飞行器性能、降低飞行器研制风险和成本的重要手段之一，相比于外场飞行试验费用较低、试验条件更易控制、测试结果可靠。在螺旋桨气动噪声控制设计时，亟需建立一种螺旋桨气动噪声风洞试验方法对其噪声源进行识别、定位，测量并进行噪声特性分析，为螺旋桨数值模拟仿真和降噪方案提供验证和修正。
发明内容
为了解决上述技术问题至少之一，本申请提供了一种螺旋桨气动噪声风洞试验方法，包括：
步骤S1、搭建包括基础框架、台体、动力系统、测量装置和数据采集系统在内的试验台，并通过过渡台架支撑，试验台所固定的螺旋桨位于声学风洞中轴线上；
步骤S2、采用地面线阵和圆弧阵列进行声学测量设备的测点布置；
步骤S3、确定测点数量，采用通道数量不少于测点数量的数据采集系统进行噪声数据的动态采集；
步骤S4、根据地面线阵的时域声压值，通过傅里叶变换成频域下声压值，再求得声压级，以获得螺旋桨远场气动噪声频谱特性，根据圆弧阵列的时域声压值，通过傅里叶变换成频域下声压值，再求得声压级，以获得螺旋桨远场气动噪声的指向性特征。
优选的是，步骤S1中，过渡台架下端与风洞消音室地面预埋钢板连接，上端通过连接装置与所述试验台相连。
优选的是，步骤S2中，所述地面线阵的测点布置包括：
以螺旋桨旋转平面与拉力线交点为中心，定义为试验的参考点，将竖直向下的直线定义为0°，在第一指定范围内每隔第一间隔度数引一条直线，每条直线与地面的交点作为一个远场气动噪声的测量点。
优选的是，所述第一指定范围为±50°范围，所述第一间隔度数为5°。
优选的是，步骤S2中，所述圆弧阵列的测点布置包括：
以螺旋桨旋转平面与拉力线交点为中心，定义为试验的参考点，在螺旋桨转动平面上选取第二指定范围的圆弧，该圆弧的圆心位于螺旋桨参考点处，弧上每隔第二间隔度数布置一个监控点。
优选的是，所述第二指定范围为180°范围，所述第二间隔度数为5°。
优选的是，步骤S2之后进一步包括采用声学风洞测量系统配套的校准器对所述声学测量设备进行校准。
优选的是，还包括：在试验开始前，对螺旋桨模型的试验台、过渡台架以及远场支撑架的表面进行消声处理。
本申请提出了一种步骤清晰、易于理解、便于操作、工程概念明确地螺旋桨气动噪声风洞试验方法，为螺旋桨噪声源进行识别、定位，并进行噪声数据处理与特性分析提供了可靠的方法，并为螺旋桨数值模拟仿真和降噪方案提供验证和修正。
附图说明
图1是本申请螺旋桨气动噪声风洞试验方法的流程图。
图2是本申请图1所示实施例的远场气动噪声麦克风地面线阵示意图。
图3是是本申请图1所示实施例的螺旋桨指向性特征麦克风圆弧阵列示意图。
图4是螺旋桨气动噪声频谱曲线示意图。
图5是螺旋桨气动噪声指向性示意图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。
本申请螺旋桨气动噪声风洞试验方法，如图1所示，主要包括：
步骤S1、搭建包括基础框架、台体、动力系统、测量装置和数据采集系统在内的试验台，并通过过渡台架支撑，试验台所固定的螺旋桨位于声学风洞中轴线上；
步骤S2、采用地面线阵和圆弧阵列进行声学测量设备的测点布置；
步骤S3、确定测点数量，采用通道数量不少于测点数量的数据采集系统进行噪声数据的动态采集；
步骤S4、根据地面线阵的时域声压值，通过傅里叶变换成频域下声压值，再求得声压级，以获得螺旋桨远场气动噪声频谱特性，根据圆弧阵列的时域声压值，通过傅里叶变换成频域下声压值，再求得声压级，以获得螺旋桨远场气动噪声的指向性特征。
以下从实际操作进行说明。
步骤一：搭建试验台：根据螺旋桨风洞模型搭建试验台，主要由基础框架、台体、动力系统、测量装置和数据采集系统组成。
步骤二：搭建过渡台架：根据声学风洞中心标高与步骤一中试验台搭建过渡台架，过渡台架下端与风洞消音室地面预埋钢板连接，上端通过连接装置与试验台相连。
本实施例中，过渡台架一般为类似锥台的结构，下端通过四个风洞消音室地面预埋钢板支撑，上端通过连接装置连接试验台。
步骤三：噪声源定位、测量—麦克风阵列设计准则：根据螺旋桨桨叶数目和转速确定频率测量范围，螺旋桨桨叶通过频率及其倍频一般处于低频范围，因此麦克风阵列的孔径要尽量大以满足对螺旋桨低频噪声信号的精准测量，同时麦克风数量越多、分布空间越小越能满足对高频噪声信号的测量。在确定了阵列大小和数量后，需考虑麦克风阵元分布形式，如平面声阵列、圆弧阵列、螺旋线阵列、球形麦克风阵列等。
根据上述准则、需求和测点要求布置测量装置，采用地面线阵和圆弧阵列分别测量螺旋桨远场气动噪声频谱特性和指向性特征。
地面线阵位于风洞消音室地面上，以螺旋桨旋转平面与拉力线交点为中心，定义为试验的参考点。将竖直向下的直线定义为0°，在第一指定范围内每隔第一间隔度数引一条直线，每条直线与地面的交点作为一个远场气动噪声的测量点。
在一个具体的实施例中，将竖直向下的直线定义为0°，在±50°范围内每隔5°引一条直线，每条直线与地面的交点即为一个远场气动噪声测量点。整个地面线阵共含有21个麦克风测量点，沿流向分别定义为FA01-FA21。
可以理解的是，本申请的第一指定范围也可以为±40°范围、±60°范围或其它，所述第一间隔度数也可以为4°、6°等。
所述圆弧阵列的测点布置包括：以螺旋桨旋转平面与拉力线交点为中心，定义为试验的参考点，在螺旋桨转动平面上选取第二指定范围的圆弧，该圆弧的圆心位于螺旋桨参考点处，弧上每隔第二间隔度数布置一个监控点。
例如圆弧阵列选取180°圆弧，该圆弧的圆心位于螺旋桨参考点处，弧上每5°布置一个监控点，共37个点，从左到右依次定义为RA01-RA37。
可以理解的是，本申请的第二指定范围也可以为150°范围、210°范围或其它，所述第一间隔度数也可以为4°、6°等。
本实施例中，地面线阵麦克风测点布置如图2所示，圆弧阵列麦克风测点布置如图3所示。
步骤四：声学测量设备安装完成后，采用声学风洞测量系统配套的校准器校准所有传声器。
步骤五：数据采集系统采用272通道(能至少包含步骤三中麦克风测量点总数)动态数据采集系统。
该实施例中，272通道大于地面线阵21个点和圆弧阵列37个点的总和。
步骤六：风洞模型安装：将螺旋桨固定在试验台上并放置在声学风洞中轴线上，采用液压尾撑进行支撑。
步骤七：模型安装到位后，检查模型安装情况，检查试验台运转情况，确保模型安装准确，试验台能正常运转。
步骤八：进行试验台地面测试：包括检查螺旋桨轮毂运动能力、动力系统测试。
步骤九：试验开始前，螺旋桨模型试验台、过渡台架、远场支撑架等结构根据需要，对表面进行消声处理，减小声反射影响。
步骤十：确认试验装备和模型状态后，可开展声学试验，螺旋桨转速由低逐渐增大，确定安全后，按试验内容进行正式的试验，采集数据，处理并输出结果，完成所有的试验点。
该实施例中，试验步骤为：
a.检查螺旋桨动力系统、数据采集处理系统和声学数据采集系统工作是否正常；
b.采集零读数，并存盘；
c.试验台启动，使螺旋桨转速升到某一工作转速；
d.风洞开车；
e.采集数据，处理并输出结果；
f.改变螺旋桨转速，采集数据，处理并输出结果，完成所有的试验点；
g.风洞停车；
h.试验台停车。
步骤十一：试验数据命名与格式：结果数据文件按照“T**_n_V_Cp_t.dat”命名，“**”为试验编号、“n”为螺旋桨转速、“V”为风洞风速、“Cp_t”表示当前文件数据为噪声分布的时间序列。其中每个数据文件的第一行为抬头行，表示每列的含义/编号；数据包含N+1列(N为试验点数，也叫N个通道)，第一列为时间序列，第2至第N+1列为各测点的声压值时间序列，其中坏点/异常点用红色★标记。
该实施例中，数据文件为T01_100_10_Cp_t.dat，T02_200_20_Cp_t.dat等，分别表示螺旋桨转速为100rpm，风速为10m/s(试验状态编号为01)和螺旋桨转速为200rpm、风速为20m/s(试验状态编号为02)时的声压时域数据。
步骤十二：声学数据处理：将上述步骤十一中的时域声压值Pt通过傅里叶变换成频域下声压值Pw,再求得声压级P，即可得到螺旋桨气动噪声频谱特性(对应步骤三中地面线阵测点数据)和指向性特征(对应步骤三中圆弧阵列测点数据)。
该实施例中，Pw＝FFT(Pt)，声压级
Figure BDA0002753107280000051
螺旋桨频谱特性曲线如图4所示，螺旋桨气动噪声指向性如图5所示。
本申请提出了一种步骤清晰、易于理解、便于操作、工程概念明确地螺旋桨气动噪声风洞试验方法，为螺旋桨噪声源进行识别、定位，并进行噪声数据处理与特性分析提供了可靠的方法，并为螺旋桨数值模拟仿真和降噪方案提供验证和修正。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种螺旋桨气动噪声风洞试验方法，其特征在于，包括：
步骤S1、搭建包括基础框架、台体、动力系统、测量装置和数据采集系统在内的试验台，并通过过渡台架支撑，试验台所固定的螺旋桨位于声学风洞中轴线上；
步骤S2、采用地面线阵和圆弧阵列进行声学测量设备的测点布置；
步骤S3、确定测点数量，采用通道数量不少于测点数量的数据采集系统进行噪声数据的动态采集；
步骤S4、根据地面线阵的时域声压值，通过傅里叶变换成频域下声压值，再求得声压级，以获得螺旋桨远场气动噪声频谱特性，根据圆弧阵列的时域声压值，通过傅里叶变换成频域下声压值，再求得声压级，以获得螺旋桨远场气动噪声的指向性特征。
2.如权利要求1所述的螺旋桨气动噪声风洞试验方法，其特征在于，步骤S1中，过渡台架下端与风洞消音室地面预埋钢板连接，上端通过连接装置与所述试验台相连。
3.如权利要求1所述的螺旋桨气动噪声风洞试验方法，其特征在于，步骤S2中，所述地面线阵的测点布置包括：
以螺旋桨旋转平面与拉力线交点为中心，定义为试验的参考点，将竖直向下的直线定义为0°，在第一指定范围内每隔第一间隔度数引一条直线，每条直线与地面的交点作为一个远场气动噪声的测量点。
4.如权利要求3所述的螺旋桨气动噪声风洞试验方法，其特征在于，所述第一指定范围为±50°范围，所述第一间隔度数为5°。
5.如权利要求1所述的螺旋桨气动噪声风洞试验方法，其特征在于，步骤S2中，所述圆弧阵列的测点布置包括：
以螺旋桨旋转平面与拉力线交点为中心，定义为试验的参考点，在螺旋桨转动平面上选取第二指定范围的圆弧，该圆弧的圆心位于螺旋桨参考点处，弧上每隔第二间隔度数布置一个监控点。
6.如权利要求5所述的螺旋桨气动噪声风洞试验方法，其特征在于，所述第二指定范围为180°范围，所述第二间隔度数为5°。
7.如权利要求1所述的螺旋桨气动噪声风洞试验方法，其特征在于，步骤S2之后进一步包括采用声学风洞测量系统配套的校准器对所述声学测量设备进行校准。
8.如权利要求1所述的螺旋桨气动噪声风洞试验方法，其特征在于，还包括：在试验开始前，对螺旋桨模型的试验台、过渡台架以及远场支撑架的表面进行消声处理。
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