CN113766389B - 一种用于风洞试验的发声装置和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于风洞试验技术领域,提供了一种用于风洞试验的发声装置和系统,发声装置包括:分频部、高音发声结构和低音发声结构:所述分频部连接所述高音发声结构和所述低音发声结构,所述高音发声结构和所述低音发声结构相互连接,所述高音发声结构为环形高音扬声器,所述低音发声结构的声音辐射端背向所述环形高音扬声器设置。本发明提供的一种用于风洞试验的发声装置和系统提高了声源的使用效率,可适用于宽频带发声,更加适用于风洞流场下的发声。
Description
技术领域
本发明属于风洞试验技术领域,尤其是涉及一种用于风洞试验的发声装置和系统。
背景技术
随着航空运输流量的急剧增加,飞机的噪声污染越来越严重,不仅严重影响了机场附近居民的日常生活和身体健康,还降低了舱内乘客乘坐的舒适度和满意度。日益加重的飞机噪声污染进一步引起了人们的关注和重视,亟需降低飞机整机噪声和机舱内部的噪声,因此,对飞机降噪的技术研究愈加迫切。
对于现有技术中的大型商用飞机而言,发动机短舱是导致飞机噪声的重要因素,而现有技术中极少有在风洞中研究发动机短舱对机体表面、舱内或机体周围等带来的噪声影响。目前研究发动机短舱发声的试验主要通过真实飞行试验进行研究,然而,真实的飞行试验具有成本高、试验难度大、难以实现的现实问题。
同时,目前风洞试验中关于发动机短舱的模拟试验均是以针对短舱的气动力特性、气动力综合优化设计为目的的试验,用来优化发动机短舱相对机翼的安装位置,从而达到不仅能够减小发动机短舱的进气和喷流对增升装置的不利影响,并利用发动机短舱的进气和喷流提高增升效果。
风洞试验中需要多向声源的发声装置,现有的全向声源多为球形声源或点形声源,此类声源通常用于建筑声学中,使用环境通常为消声室、房间等气体流量较小或不存在单向气流的环境内。但由于风洞试验中的声源需要在高强度均匀流场下保持全向声源的特性,风洞中的风速可达80m/s,气流具有一定的方向性,会影响部分扬声器振膜的正常工作,因此,至今还未出现针对发动机短舱的噪声特性在风洞试验中开展相关噪声模拟的试验。
综上所述,现有技术存在的技术问题在于:
1. 现有技术中发动机短舱是带来飞机噪声的主要因素,但少有在风洞中对发动机短舱噪声影响方面的研究;
2. 现有技术中通过真实飞机的飞行对发动机短舱的噪音进行试验,成本高、试验难度大且难以实现;
3. 现有技术中风洞试验在发动机短舱方面的研究,主要用于气动力特性试验,还未有针对发动机短舱噪声特性的研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于风洞试验的发声装置和系统,解决了现有发声装置在风洞试验中难以应用的问题。
本发明提供了一种用于风洞试验的发声装置,包括:分频部、高音发声结构和低音发声结构:
所述分频部连接所述高音发声结构和所述低音发声结构,所述高音发声结构和所述低音发声结构相互连接,所述高音发声结构为环形高音扬声器,所述低音发声结构的声音辐射端背向所述环形高音扬声器设置。
进一步的,还包括壳体,所述壳体迎风面的形状为流线型子弹头。
进一步的,所述壳体的背风面设置有固定部,所述壳体表面设置有水平参考线。
进一步的,所述壳体的材料为铝合金,所述壳体周围还设置有透声孔。
进一步的,所述环形高音扬声器包括多个高音扬声器和高音支架,所述多个高音扬声器均匀分布于所述高音支架周围。
进一步的,所述高音扬声器的发声端设置有散热器。
进一步的,所述低音发声结构包括低音扬声器和导音支架,所述导音支架面向与所述低音扬声器的声音辐射端设置,所述导音支架用于扩散所述低音扬声器的声音辐射。
进一步的,所述导音支架为圆锥形导音支架。
进一步的,所述低音发声结构还包括低音支架,所述低音支架连接所述低音扬声器。
本发明还提供了一种风洞发声系统,包括:连接装置、控制装置和所述的发声装置:
所述连接装置与所述发声装置连接,所述控制装置用于控制所述发声装置的发声强度。
综上所述,本发明至少具有如下技术效果:
1. 本发明通过设置高音发声结构和低音发声结构,使得发声装置实现了宽频带声源的输出,如能够实现100Hz~20kHz频带声源的输出,满足了宽频带发声的需求,避免了因声源频带无法满足需求的频繁更换而导致的无法满足发生需求或降低使用效率的问题,提高了声源的使用效率;
2. 本发明通过设置高音发声结构和低音发声结构,使得高音和低音分别采用不同的发声结构发声,在满足需求的同时,实现了高音和低音的交替使用,使得高音发声结构在使用时,减少了低音发声结构的使用频率,反之的减少了高音发声结构的使用频率,整体提高了发生装置的使用寿命,从而降低了使用成本;
3. 本发明通过将高音发声结构设置为环形高音扬声器,实现了高音声源的全指向性发声,使得高音声源在环形的360度均能够实现均匀发声,极大降低了高速气流对高音发声结构发声端的损坏,同时也有效避免了高速气流的背景噪声对高音声源发声的干扰;
4. 本发明通过设置低音发声结构的声音辐射端背向所述环形高音扬声器,最大限度降低了高音声源对低音声源的影响,使得低音声源能够顺利发声,保证了低音声源发声的稳定性和精确性;
5. 本发明通过将发声装置迎风面的形状为流线型子弹头,最大限度的避免了风场对试验装置的影响,减少了流场阻力,进一步提高了试验结果的精确度;
6. 本发明通过在低音发声结构中设置导音支架,使得低音发声结构中发出的低音声源在环形的360度均能够实现均匀发声,实现了高音声源的全指向性发声,极大降低了高速气流对高音发声结构发声端的损坏,同时也有效避免了高速气流的背景噪声对高音声源发声的干扰;
7. 本发明通过发声装置与连接装置连接形成风洞发声装置,得到一种能够应用于风洞声学试验中模拟发动机短舱发声的试验装置,避免了真实飞行试验成本高、试验难度大、难以实现的问题,具有试验成本低廉、简单易行、结果可靠且便于试验等优势。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明中发声装置的爆炸图一;
图2是本发明中发声装置的爆炸图二;
图3是本发明中发声装置的截面图;
图4是本发明中高音发声结构的俯视图;
图5是本发明中高音扬声器的爆炸图;
图6是本发明中低音发声结构的爆炸图;
图7是本发明中风洞发声系统的示意图一;
图8是本发明中风洞发声系统的示意图二。
其中,100、发声装置,110、分频部,120、高音发声结构,121、高音扬声器,1211、散热器,122、高音支架,130、低音发声结构,131、低音扬声器,132、低音支架,133、导音支架,140、壳体,141、水平参考线,142、透声孔,150、固定部,200、连接装置,300、控制装置,400、试验装置。
具体实施方式
以下的说明提供了许多不同的实施例、或是例子,用来实施本发明的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式,仅用来精简的表达本发明,其仅作为例子,而并非用以限制本发明。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"垂直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语"第一"、"第二"仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中,"多个"的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接:可以是机械连接,也可以是电连接或可以相互通讯;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母,这种重复是为了简化和清楚的目的,其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外,本发明提供了各种特定的工艺和材料的例子,但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
实施例1:
如图1所示,本发明实施例1提供了一种发声装置100,包括:分频部110、高音发声结构120和低音发声结构130:
所述分频部110连接所述高音发声结构120和所述低音发声结构,所述高音发声结构120和所述低音发声结构130相互连接,所述高音发声结构120为环形高音扬声器,所述低音发声结构130的声音辐射端背向所述环形高音扬声器设置。
分频部110可将不同频段的声音信号区分开来,分别予以放大,然后送到相应频段的发声结构中再进行重放,适用于高质量声音的重放,有效提高了发声装置的音质。
通过设置高音发声结构120和低音发声结构130,使得发声装置100实现了宽频带声源的输出,如能够实现100Hz~20kHz频带声源的输出,频响曲线波动小于±3dB,满足了宽频带发声的需求,避免了因声源频带无法满足需求的频繁更换而导致的无法满足发生需求或降低使用效率的问题,提高了声源的使用效率。
同时,高音发声结构120和低音发声结构130的设置,使得高音和低音分别采用不同的发声结构发声,在满足需求的同时,实现了高音和低音的交替使用,使得高音发声结构120在使用时,减少了低音发声结构130的使用频率,反之减少了高音发声结构120的使用频率,整体提高了发生装置的使用寿命,从而降低了使用成本;
通过将高音发声结构120设置为环形高音扬声器,实现了高音声源的全指向性发声,使得高音声源在环形的360度均能够实现均匀发声,极大降低了高速气流对高音发声结构120发声端的损坏,同时也有效避免了高速气流的背景噪声对高音声源发声的干扰。
通过设置低音发声结构130的声音辐射端背向所述环形高音扬声器,最大限度降低了高音声源对低音声源的影响,使得低音声源能够顺利发声,保证了低音声源发声的稳定性和精确性。
进一步的,还包括壳体140,所述壳体140迎风面的形状为流线型子弹头。
通过将发声装置迎风面的形状为流线型子弹头,最大限度的避免了风场对声源和试验装置的影响,减少了流场阻力,进一步提高了试验结果的精确度。
进一步的,所述壳体140的背风面设置有固定部150,所述壳体140表面设置有水平参考线141。
壳体140的背风面设置有固定部150,从而保证了发声装置100固定的稳固性,保证了发声装置在高速气流下的稳定性。
壳体140表面设置的水平参考线141,无需借助其他水平参考装置进行测量的情况下,有助于快速在组装时或组装后保证发声装置100或整体结构处于水平状态,提高了装置或系统的组装效率,保证了试验结果的准确性。所述水平参考线141可设置于壳体140表面任意位置。
进一步的,所述壳体140的材料为铝合金,所述壳体周围设置有透声孔142。
壳体140采用铝合金材料,使得壳体140具有耐腐蚀、防锈的性能。壳体140周围还设置有透声孔142,透声孔142分别位于高音发声结构120和低音发声结构130的周围,透声孔142均匀分布,可根据实际需要调整透声孔142的孔径大小。透声孔142的设置能够确保声压辐射不被严重过滤,同时也可避免风场压力对扬声器振膜震动的影响。透声孔142上还设置有防护罩,防护罩为透声不透气防护罩,进一步降低流场的自噪声对流场发生装置的影响,从而提高了试验数据中噪声分析的准确度。
同时,可对壳体140表面进行抛光处理,从而有效减少风阻。
进一步的,如图2、图3、图4所示,所述环形高音扬声器包括多个高音扬声器121和高音支架122,所述多个高音扬声器121均匀分布于所述高音支架122周围。
高音支架122用于固定多个高音扬声器121,确保了多个高音扬声器121的均匀分布,从而实现360全指向声源的发声。
进一步的,如图5所示,所述高音扬声器121的发声端设置有散热器1211。
散热器1211的设置有助于提高高音扬声器121的散热性能,散热器1211可通过胶粘、铰接等方式固定于高音扬声器121的发声端,高音扬声器121的发声端背向高音扬声器121的声音辐射端。
进一步的,如图6所示,所述低音发声结构130包括低音扬声器131和导音支架133,所述导音支架133面向与所述低音扬声器131的声音辐射端设置,所述导音支架133用于扩散所述低音扬声器131的声音辐射。
通过在低音发声结构中设置导音支架,使得低音发声结构中发出的低音声源在环形的360度均能够实现均匀发声,实现了高音声源的全指向性发声,极大降低了高速气流对高音发声结构发声端的损坏,同时也有效避免了高速气流的背景噪声对高音声源发声的干扰。
导音支架133与低音扬声器131的振膜之间具有一定距离,以保证低音扬声器131的振膜能够充分震动,且不受到导音支架133的影响。
进一步的,所述导音支架133为圆锥形导音支架。
圆锥形导音支架将圆形的低音发声结构130声音辐射端发出的声音均匀辐射至声源360度的方向。
进一步的,所述低音发声结构130还包括低音支架132,所述低音支架132连接所述低音扬声器131。
低音支架132用于支撑低音发声结构130,并为导音支架133定位。
实施例2:
如图7、图8所示,本发明实施例2提供了一种风洞发声系统,包括:连接装置200、控制装置300和所述的发声装置100:
所述连接装置200与所述发声装置100连接,所述控制装置300用于控制所述发声装置100的发声强度。
控制装置300可以放置于流场外部,方便用户操作;试验时,发声装置100通过连接装置200固定在流场中。
通过发声装置与连接装置连接形成风洞发声装置,得到一种能够应用于风洞声学试验中模拟发动机短舱发声的试验装置,避免了真实飞行试验成本高、试验难度大、难以实现的问题,具有试验成本低廉、简单易行、结果可靠且便于试验等优势。
通常,发声装置的最大声音强度大于风洞的背景声音强度,从而使得发声装置发出的声音能够在风洞背景声音中显现,从而获得便于试验人员的发声模拟和声音收集。
如图8所示,连接装置200可设置为对称翼型,从而进一步减少了流场的阻力和噪声,发声装置100通过连接装置200固定于试验装置400上。
本发明提供的风洞发声系统相比于真实飞行试验,风洞试验不仅成本低廉,且试验简单可靠、易于实现。
本发明提供的一种风洞发声系统在风洞试验过程中,首先输入声学信号,通过发声装置模拟发动机短舱发声,并在相应位置采用声学仪器测量噪声数据的变化,同时,能够实现在风洞声学试验中研究发动机短舱噪声源对机体表面、舱内或地面等位置的噪声影响,根据试验的需要研究探讨发动机短舱的各种噪声特性,具有结构简单、成本低廉、工作可靠、信号调节方便等的优点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种用于风洞试验的发声装置(100),其特征在于,包括:分频部(110)、高音发声结构(120)和低音发声结构(130):所述分频部(110)连接所述高音发声结构(120)和所述低音发声结构,所述高音发声结构(120)和所述低音发声结构(130)相互连接,所述高音发声结构(120)为环形高音扬声器,所述低音发声结构(130)的声音辐射端背向所述环形高音扬声器设置;
所述低音发声结构(130)包括低音扬声器(131)和导音支架(133),所述导音支架(133)面向所述低音扬声器(131)的声音辐射端设置,所述导音支架(133)用于扩散所述低音扬声器(131)的声音辐射;
还包括壳体(140),所述壳体周围还设置有透声孔(142),所述透声孔(142)位于高音发声结构(120)和低音发声结构(130)的周围,所述透声孔(142)上还设置有防护罩。
2.如权利要求1所述的一种用于风洞试验的发声装置(100),其特征在于,所述壳体(140)迎风面的形状为流线型子弹头。
3.如权利要求2所述的一种用于风洞试验的发声装置(100),其特征在于,所述壳体(140)的背风面设置有固定部(150),所述壳体(140)表面设置有水平参考线(141)。
4.如权利要求2或3所述的一种用于风洞试验的发声装置,其特征在于,所述壳体(140)的材料为铝合金。
5.如权利要求1所述的一种用于风洞试验的发声装置(100),其特征在于,所述环形高音扬声器包括多个高音扬声器(121)和高音支架(122),所述多个高音扬声器(121)均匀分布于所述高音支架(122)周围。
6.如权利要求5所述的一种用于风洞试验的发声装置(100),其特征在于,所述高音扬声器(121)的发声端设置有散热器(1211)。
7.如权利要求1所述的一种用于风洞试验的发声装置(100),其特征在于,所述导音支架(133)为圆锥形导音支架。
8.如权利要求1所述的一种用于风洞试验的发声装置(100),其特征在于,所述低音发声结构(130)还包括低音支架(132),所述低音支架(132)连接所述低音扬声器(131)。
9.一种风洞发声系统,其特征在于,包括:连接装置(200)、控制装置(300)和如权利要求1-8之一所述的用于风洞试验的发声装置(100):所述连接装置(200)与所述发声装置(100)连接,所述控制装置(300)用于控制所述发声装置(100)的发声强度。
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