CN114964691A - 一种非消声风洞的旋翼噪声场噪声测点位置选择方法 - Google Patents
一种非消声风洞的旋翼噪声场噪声测点位置选择方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种非消声风洞的旋翼噪声场噪声测点位置选择方法，包括：步骤1，在非消声风洞布设弧形支架，在弧形支架中选取多个测点位置，在每个测点位置安装有传声器；步骤2，采用标准声源对传声器系数进行现场校准；步骤3，采用各测点位置的传声器采集非消声风洞的背景噪声数据；步骤4，采用指向性喇叭发出定频定声压级的声音，并采集各测点位置的传声器声压；全向喇叭设置于旋翼试验台的桨毂中心位置；步骤5，对各测点位置采集的声压进行定频声压级分析；步骤6，根据分析结果选择旋翼噪声场中用于测量旋翼噪声的测点位置。本发明实施例解决了现有旋翼气动噪声的声场研究方案，无法在非消声风洞准确选择旋翼噪声声场测点位置的问题。
Description
技术领域
本发明涉及但不限于直升机模型旋翼试验技术领域，具体涉及一种非消声风洞的旋翼噪声场噪声测点位置选择方法。
背景技术
旋翼气动噪声是直升机外部噪声的主要来源，研究旋翼噪声的声场分布特性对于民用直升机是否能通过噪声适航取证有指导意义。
对于旋翼气动噪声的声场研究，目前主要是在外场无遮挡物且开放的空间进行声场研究，或者在具有封闭且具有消声环境的消声室和消声风洞内进行声场研究。上述对于旋翼气动噪声的声场研究，均为在消声条件下进行的，因此，目前的声场研究方法无法覆盖非消声条件，具有一定的局限性。
发明内容
本发明的目的为：本发明实施例提供一种非消声风洞的旋翼噪声场噪声测点位置选择方法，以解决现有旋翼气动噪声的声场研究方案，无法在非消声风洞准确选择旋翼噪声声场测点位置的问题。
本发明的技术方案为：
本发明实施例提供一种非消声风洞的旋翼噪声场噪声测点位置选择方法，包括：
步骤1，在非消声风洞布设弧形支架，并在弧形支架中选取多个测点位置，以及在每个所述测点位置安装有传声器；
步骤2，采用标准声源对传声器系数进行现场校准；
步骤3，采用各测点位置的传声器采集非消声风洞的背景噪声数据；
步骤4，采用指向性喇叭发出定频定声压级的声音，并采集各测点位置的传声器声压；所述指向性喇叭设置于旋翼试验台的桨毂中心位置；
步骤5，对各测点位置采集的传声器声压进行定频声压级分析；
步骤6，根据步骤5的分析结果选择旋翼噪声场中用于测量旋翼噪声的测点位置。
可选地，如上所述的非消声风洞的旋翼噪声场噪声测点位置选择方法中，所述步骤1包括：
步骤11，坐标轴定义，包括：以旋翼桨毂为圆心垂直投影到非消声风洞驻室的地面的点作为摆放弧形支架的中心点P0，以非消声风洞进气道和排气道的中心线垂直投影到非消声风洞驻室的地面、且过中心点P0的直线为X轴，垂直X轴、且过中心点P0的线为Y轴；其中，从中心点P0为起点指向排气道方向为+X轴，反方向为-X轴，根据附视视角的旋翼旋转方向来确定+Y轴和-Y轴的方向；
步骤12，弧形支架的布设，包括：在+X轴将距离中心点P0的3倍旋翼半径R的位置点P3R-0摆放一个半径为3倍R的弧形支架，并以15°为旋转的角度间距依此在P3R-15、P3R-30、P3R-45、P3R-60、……、P3R-345位置摆放弧形支架；其中，所述位置点P3R-0中的下标3R代表3倍的旋翼半径，-0代表绕以P0为中心点绕+X轴旋转的角度，-0、-15、……、-345为绕以P0为中心点绕+X轴旋转的角度，且旋翼旋转方向朝向+Y轴；
步骤13，传声器的安装，包括：分别在每个所述弧形支架的弧形杆上依次安装多个传声器，所述弧形杆上传声器的安装位置分别是本弧形杆上的0°、10°、……、80°位置；其中，传声器的0°安装位置与桨毂中心高度一致。
可选地，如上所述的非消声风洞的旋翼噪声场噪声测点位置选择方法中，所述步骤11中，根据附视视角的旋翼旋转方向来确定Y轴方向的方式为：
若旋翼旋转方向为俯视顺时针，则以P0为圆点，绕+X轴顺时针旋转90°则为+Y轴，绕+X轴逆时针旋转90°则为-Y轴；
若旋翼旋转方向为俯视逆时针，则以P0为圆点，绕+X轴逆时针旋转90°则为+Y轴，绕+X轴顺时针旋转90°则为-Y轴。
可选地，如上所述的非消声风洞的旋翼噪声场噪声测点位置选择方法中，
所述步骤13中，在所述弧形支架的弧形杆上依次安装多个传声器的方式为：以弧形杆中与桨毂中心高度相同的点作为0°安装位置P3R-A-0，并沿弧形杆的弧度以10°角度间隔依次向下，分别在P3R-A-10、P3R-A-20、P3R-A-30、P3R-A-40、P3R-A-50、P3R-A-60、P3R-A-70、P3R-A-80位置安装传声器；
其中，所述-0、……、-80为其中一个弧形支架上传声器的安装位置，A为弧形支架的布设角度，包括：15°、……、345°。
可选地，如上所述的非消声风洞的旋翼噪声场噪声测点位置选择方法中，所述步骤2包括：
步骤21，将标准声源套装在传声器拾音头部位，打开标准声源发出第一声压级、第一单频频率的声音；
步骤22，启动声采集系统，通过设定采样频率采集10秒钟声压数据；
步骤23，对采集的10秒声压数据进行FFT分析，找到预设单频频率处对应的电压值，并将电压值换算成传声器系数；
步骤24，将校准得到的传声器系数带入声采集系统的声压换算模块，用于计算传声器声压。
可选地，如上所述的非消声风洞的旋翼噪声场噪声测点位置选择方法中，所述步骤3包括：
步骤31，将非消声风洞的驻室门关上，并将进风口和出风口的挡风帘拉下；
步骤32，启动声采集系统，通过设定采样频率由所有传声器同时采集30秒钟的背景噪声，得到每个传声器对应的第一声压历程数据段，所采样的每个第一声压历程数据段中包括的数据点数量为设定采样频率与30之积。
可选地，如上所述的非消声风洞的旋翼噪声场噪声测点位置选择方法中，所述步骤4包括：
步骤41，将指向性喇叭安装在桨毂中心，指向性喇叭出声口对准其中一个弧形支架，角度偏差不大于±5°；
步骤42，计算出指向性喇叭发声的第二单频频率，包括：根据旋翼转速M和桨叶片数N计算得到指向性喇叭发声的第二单频频率为F＝M×N；
步骤43，打开指向性喇叭，发出第二单频频率、且第二声压级的声压，声采集系统按照设定采样频率由所述指向性喇叭所对准的弧形支架中的所有传声器同时采集30秒钟的指向性喇叭的声音，得到每个传声器对应的第二声压历程数据段，所采集的每个第二声压历程数据段中包括的数据点数量为设定采样频率与30之积；
步骤44，依次改变指向性喇叭出声口所对准的弧形支架，重复执行步骤43得到各弧形支架中的每个传声器采集得到的第二声压历程数据段。
可选地，如上所述的非消声风洞的旋翼噪声场噪声测点位置选择方法中，所述步骤5包括：
步骤51，声压历程数据的分段，包括：对采集的所有第一声压历程数据段和所有第二声压历程数据段分别按照10秒长度进行等间隔分段，每个声压历程数据段分别分段为3段分段数据；
步骤52，对分段数据进行FFT分析，包括：对步骤51分段后得到的每段分段数据进行FFT分析，获得每段分段数据对应的幅值谱数据列；
步骤53，对分段数据进行中值选择，包括：在第一声压历程数据段中3分段数据对应的幅值谱数据列中，对每个数据点选择中间值数据，形成第一幅值频谱中间值数据列；对指向性喇叭各指向角采集得到的第二声压历程数据段中3分段数据对应的幅值谱数据中，对每个数据点选择中间值数据，形成第二幅值频谱中间值数据列；
步骤54，扣除背景噪声，包括：对于每个传声器所采集到的指向性喇叭的声音，从第二幅值频谱中间值数据列中减掉其对应背景噪声的第一幅值频谱中间值数据列，得到各传声器对应的无背景噪声的幅值频谱数据列。
可选地，如上所述的非消声风洞的旋翼噪声场噪声测点位置选择方法中，所述步骤6包括：
步骤61，对指向性喇叭对应的各传声器进行声压幅值选择，包括：对于指向性喇叭对应的各传声器，从无背景噪声的幅值频谱数据列中选择指向性喇叭在第二单频频率(例如200HZ)的幅值，所选择的第二单频频率在无背景噪声的幅值频谱数据列中的位置点为：第二单频频率×数据分段长度(单位：秒)-1；
步骤62，对指向性喇叭对应的弧形支架进行声压幅值选择，包括：重复执行步骤61的声压幅值选择方式，得到指向性喇叭对应每个弧形支架的一组幅值数据列；
步骤63，对弧形支架测点位置的幅值数据列进行标准偏差分析，包括：对于每个弧形支架，对通过本弧形支架上各传声器得到的幅值数据列按照幅值大小进行排序并取幅值中间值，并计算本弧形支架的幅值数据列与中间值的标准偏差；
步骤64，弧形支架中用于测量旋翼噪声的测点位置选择，包括：采用每个弧形支架对应的标准偏差和中间值选择本弧形支架上所使用传声器的测点位置，对于判断出满足预设条件的传声器，则选用该测点位置的传声器，所述预设条件为：
|指向性喇叭的第二单频频率对应的该传声器的幅值–该传声器所安装弧形支架的中间值|≤3×该弧形支架的标准偏差。
可选地，如上所述的非消声风洞的旋翼噪声场噪声测点位置选择方法中，还包括：
步骤65，对于任一弧形支架上传声器的测点位置，所选择出来的测点数少于该弧形支架上传声器总数的预设比例值，则舍弃该弧形支架上的所有测点位置。
本发明的有益效果为：
本发明实施例提出了一种非消声风洞的旋翼噪声场噪声测点位置选择方法，首先通过在非消声风洞布设弧形支架，并在弧形支架中选取多个测点位置，以及在每个所述测点位置安装有传声器；其次采用标准声源对上述安装的传声器系数进行现场校准；随后采用各测点位置的传声器采集非消声风洞的背景噪声数据；再者采用指向性喇叭发出定频定声压级的声音，并采集各测点位置的传声器声压；所述指向性喇叭设置于旋翼试验台的桨毂中心位置；从而对各测点位置采集的传声器声压进行定频声压级分析；最后根据上述分析结果选择旋翼噪声场中用于测量旋翼噪声的测点位置。本发明实施例提供的技术方案，通过对具有较大封闭空间的非消声风洞进行噪声测点布置、全向定频声测试和可用测点为位置选择，最终获得可满足在非消声环境下进行旋翼噪声声场测量的测点位置，该方法可以有效解决目前声场研究方案无法在非消声风洞准确选择旋翼噪声声场测点位置的问题。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种非消声风洞的旋翼噪声场噪声测点位置选择方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的非消声风洞的旋翼噪声场噪声测点位置选择方法中非消声风洞坐标轴的位置示意图；
图3为本发明实施例提供的非消声风洞的旋翼噪声场噪声测点位置选择方法中弧形支架布设的位置示意图；
图4为本发明实施例提供的非消声风洞的旋翼噪声场噪声测点位置选择方法中弧形支架上安装传感器的位置示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
上述背景技术中已经说明，目前关于旋翼气动噪声的声场研究方案，均为在消声条件下进行的，且无法覆盖非消声条件，具有一定的局限性。
针对现有声场研究方案，无法在非消声风洞准确选择旋翼噪声声场测点位置的问题。本发明实施例提供一种非消声风洞的旋翼噪声场噪声测点位置选择方法，通过对具有较大封闭空间的非消声风洞进行噪声测点布置、全向定频声测试和可用测点为位置选择，最终获得可满足在非消声环境下进行旋翼噪声声场测量的测点位置，该方法可以有效解决目前声场研究方案无法在非消声风洞准确选择旋翼噪声声场测点位置的问题。
图1为本发明实施例提供的一种非消声风洞的旋翼噪声场噪声测点位置选择方法的流程图。本发明实施例提供的非消声风洞的旋翼噪声场噪声测点位置选择方法包括如下步骤：
步骤1，在非消声风洞布设弧形支架，并在弧形支架中选取多个测点位置，以及在每个测点位置安装有传声器；
步骤2，采用标准声源对传声器系数进行现场校准；
步骤3，采用各测点位置的传声器采集非消声风洞的背景噪声数据；
步骤4，采用指向性喇叭发出定频定声压级的声音，并采集各测点位置的传声器声压；全向喇叭设置于旋翼试验台的桨毂中心位置；
步骤5，对各测点位置采集的声压进行定频声压级分析；
步骤6，根据步骤5的分析结果选择旋翼噪声场中用于测量旋翼噪声的测点位置。
在本发明实施例中，步骤1的具体实施过程，可以包括：
步骤11，坐标轴定义，包括：以旋翼桨毂为圆心垂直投影到非消声风洞驻室的地面的点作为摆放弧形支架的中心点P0，以非消声风洞进气道和排气道的中心线垂直投影到非消声风洞驻室的地面、且过中心点P0的直线为X轴，垂直X轴、且过中心点P0的线为Y轴；其中，从中心点P0为起点指向排气道方向为+X轴，反方向为-X轴，根据附视视角的旋翼旋转方向来确定+Y轴和-Y轴的方向。如图2所示，为本发明实施例提供的非消声风洞的旋翼噪声场噪声测点位置选择方法中非消声风洞坐标轴的位置示意图。
本发明实施例在具体实现中，该步骤11中根据附视视角的旋翼旋转方向来确定Y轴方向的方式可以为：若旋翼旋转方向为俯视顺时针，则以P0为圆点，绕+X轴顺时针旋转90°则为+Y轴，绕+X轴逆时针旋转90°则为-Y轴，如图2所示+Y轴和-Y轴的方向；若旋翼旋转方向为俯视逆时针，则以P0为圆点，绕+X轴逆时针旋转90°则为+Y轴，绕+X轴顺时针旋转90°则为-Y轴，该情况下示+Y轴和-Y轴方向与图2所示方向相反。
步骤12，弧形支架的布设，包括：在+X轴将距离中心点P0的3倍旋翼半径R的位置点P3R-0摆放一个半径为3倍R的弧形支架；随后，按上述方式以15°为旋转的角度间距依此在P3R-15、P3R-30、P3R-45、P3R-60、……、P3R-345位置摆放弧形支架；其中，位置点P3R-0中的下标3R代表3倍的旋翼半径，-0代表绕以P0为中心点绕+X轴旋转的角度，-0、-15、……、-345为绕以P0为中心点绕+X轴旋转的角度，且旋翼旋转方向朝向+Y轴。如图3所示，为本发明实施例提供的非消声风洞的旋翼噪声场噪声测点位置选择方法中弧形支架布设的位置示意图。
步骤13，传声器的安装，包括：分别在每个弧形支架的弧形杆上依次安装多个传声器，弧形杆上传声器的安装位置分别是本弧形杆上的0°、10°、……、80°安装位置；其中，传声器的0°安装位置与桨毂中心高度一致。如图4所示，为本发明实施例提供的非消声风洞的旋翼噪声场噪声测点位置选择方法中弧形支架上安装传感器的位置示意图；需要说明的是，图4中并未示意出弧形支架本体，该弧形支架包括弧形体和支架部分，弧形体上安装有图中0°安装位置到80°安装位置中各位置的传声器。
该步骤13中，在弧形支架的弧形杆上依次安装多个传声器的具体方式可以为：以弧形杆中与桨毂中心高度相同的点作为0°安装位置P3R-A-0，并沿弧形杆的弧度以10°角度间隔依次向下，分别在P3R-A-10、P3R-A-20、P3R-A-30、P3R-A-40、P3R-A-50、P3R-A-60、P3R-A-70、P3R-A-80位置安装传声器；其中，-0、……、-80为其中一个弧形支架上传声器的安装位置，A为弧形支架的布设角度，包括：15°、……、345°。
在本发明实施例中，步骤2的具体实施过程，可以包括：
步骤21，将标准声源套装在传声器拾音头部位，打开标准声源发出第一声压级、第一单频频率的声音；
步骤22，启动声采集系统，通过设定采样频率采集10秒钟声压数据；
步骤23，对采集的10秒声压数据进行FFT分析，找到预设单频频率处对应的电压值，并将电压值换算成传声器系数；
步骤24，将校准得到的传声器系数带入声采集系统的声压换算模块，用于计算传声器声压。
在本发明实施例中，步骤3的具体实施过程，可以包括：
步骤31，将非消声风洞的驻室门关上，并将进风口和出风口的挡风帘拉下；
步骤32，启动声采集系统，通过设定采样频率由所有传声器同时采集30秒钟的背景噪声，得到每个传声器对应的第一声压历程数据段，所采样的每个第一声压历程数据段中包括的数据点数量为设定采样频率与30之积。
在本发明实施例中，步骤4的具体实施过程，可以包括：
步骤41，将指向性喇叭安装在桨毂中心，指向性喇叭出声口对准其中一个弧形支架，角度偏差不大于±5°；
步骤42，计算出指向性喇叭发声的第二单频频率，包括：根据旋翼转速M和桨叶片数N计算得到指向性喇叭发声的第二单频频率为F＝M×N；
步骤43，打开指向性喇叭，发出第二单频频率、且第二声压级的声压，声采集系统按照设定采样频率由指向性喇叭所对准的弧形支架中的所有传声器同时采集30秒钟的指向性喇叭的声音，得到每个传声器对应的第二声压历程数据段，所采集的每个第二声压历程数据段中包括的数据点数量为设定采样频率与30之积；
步骤44，依次改变指向性喇叭出声口所对准的弧形支架，重复执行步骤43得到各弧形支架中的每个传声器采集得到的第二声压历程数据段。
在本发明实施例中，步骤5的具体实施过程，可以包括：
步骤51，声压历程数据的分段，包括：对采集的所有第一声压历程数据段和所有第二声压历程数据段分别按照10秒长度进行等间隔分段，每个声压历程数据段分别分段为3段分段数据；
步骤52，对分段数据进行FFT分析，包括：对步骤51分段后得到的每段分段数据进行FFT分析，获得每段分段数据对应的幅值谱数据列；
步骤53，对分段数据进行中值选择，包括：在第一声压历程数据段中3分段数据对应的幅值谱数据列中，对每个数据点选择中间值数据，形成第一幅值频谱中间值数据列；对指向性喇叭各指向角采集得到的第二声压历程数据段中3分段数据对应的幅值谱数据中，对每个数据点选择中间值数据，形成第二幅值频谱中间值数据列；
步骤54，扣除背景噪声，包括：对于每个传声器所采集到的指向性喇叭的声音，从第二幅值频谱中间值数据列中减掉其对应背景噪声的第一幅值频谱中间值数据列，得到各传声器对应的无背景噪声的幅值频谱数据列。
在本发明实施例中，步骤6的具体实施过程，可以包括：
步骤61，对指向性喇叭对应的各传声器进行声压幅值选择，包括：对于指向性喇叭对应的各传声器，从无背景噪声的幅值频谱数据列中选择指向性喇叭在第二单频频率(例如200HZ)的幅值，所选择的第二单频频率在无背景噪声的幅值频谱数据列中的位置点为：第二单频频率×数据分段长度(单位：秒)-1；
步骤62，对指向性喇叭对应的弧形支架进行声压幅值选择，包括：重复执行步骤61的声压幅值选择方式，得到指向性喇叭对应每个弧形支架的一组幅值数据列；
步骤63，对弧形支架测点位置的幅值数据列进行标准偏差分析，包括：对于每个弧形支架，对通过本弧形支架上各传声器得到的幅值数据列按照幅值大小进行排序并取幅值中间值，并计算本弧形支架的幅值数据列与中间值的标准偏差；
步骤64，弧形支架中用于测量旋翼噪声的测点位置选择，包括：采用每个弧形支架对应的标准偏差和中间值选择本弧形支架上所使用传声器的测点位置，对于判断出满足预设条件的传声器，则选用该测点位置的传声器，该预设条件为：
|指向性喇叭的第二单频频率对应的该传声器的幅值–该传声器所安装弧形支架的中间值|≤3×该弧形支架的标准偏差。
进一步地，在上述步骤61到步骤64确定出测点是否满足传声器位置选择的基础上，还可以包括如下步骤。
步骤65，对于任一弧形支架上传声器的测点位置，所选择出来的测点数少于该弧形支架上传声器总数的预设比例值，则舍弃该弧形支架上的所有测点位置。
本发明实施例提供的非消声风洞的旋翼噪声场噪声测点位置选择方法，首先通过在非消声风洞布设弧形支架，并在弧形支架中选取多个测点位置，以及在每个所述测点位置安装有传声器；其次采用标准声源对上述安装的传声器系数进行现场校准；随后采用各测点位置的传声器采集非消声风洞的背景噪声数据；再者采用指向性喇叭发出定频定声压级的声音，并采集各测点位置的传声器声压；所述指向性喇叭设置于旋翼试验台的桨毂中心位置；从而对各测点位置采集的传声器声压进行定频声压级分析；最后根据上述分析结果选择旋翼噪声场中用于测量旋翼噪声的测点位置。本发明实施例提供的技术方案，通过对具有较大封闭空间的非消声风洞进行噪声测点布置、全向定频声测试和可用测点为位置选择，最终获得可满足在非消声环境下进行旋翼噪声声场测量的测点位置，该方法可以有效解决目前声场研究方案无法在非消声风洞准确选择旋翼噪声声场测点位置的问题。
以下通过一个具体实施例对本发明实施例提供的非消声风洞的旋翼噪声场噪声测点位置选择方法的具体实现方式进行详细说明。
参见图1所示方法的流程图，该具体实施例提供的非消声风洞的旋翼噪声场噪声测点位置选择方法包括如下步骤：
(1)弧形支架和传感器的布置，该步骤中的布置包括如下步骤：
(1.1)坐标轴定义，包括：先以旋翼桨毂为圆心垂直投影到非消声风洞驻室的地面的点作为摆放弧形支架的中心点P0，然后以非消声风洞进气道和排气道的中心线垂直投影到非消声风洞驻室的地面、且过中心点P0的直线为X轴，其中，从中心点P0为起点指向排气道方向为+X，反方向为-X；另外，垂直X轴线、且过中心点P0的线为Y轴线，然后，按照附视视角的旋翼旋转方向来确定Y的方向，如果旋翼旋转方向为俯视顺时针(如图2所示)，则以P0为圆点，绕+X轴顺时针旋转90°就找到+Y，其反方向则为-Y。据此可确定-X轴为180°，-Y轴为270°；并由上述确定的X轴和Y轴方向，可定义+X为0°方位、+Y为90°方位、-X为180°方位、-Y为270°方位。上述坐标定义出的各个位置参照图2所示非消声风洞坐标轴的位置的示意图。
(1.2)弧形支架的布设，包括：在+X轴找到距离中心点P0的3倍旋翼半径R的位置点P3R-0摆放一个半径为3倍R的弧形支架；其中，P3R-0中的下标3R代表3倍的旋翼半径，-0代表绕以P0为中心点绕+X轴旋转的角度，且旋转方向朝+Y轴。
然后，按照上述方式依此在P3R-15、P3R-30、P3R-45、P3R-60、……、P3R-345位置摆放弧形支架；-15、……、-345为绕以P0为中心点绕+X轴旋转的角度。如图3所示弧形支架布设的位置。
(1.3)传声器的安装，包括：参照图4所示，弧形支架摆放好以后，需要在支架的弧形杆上安装传声器，传声器的安装位置首先是0°安装位置，该0°安装位置和桨毂中心高度一致，假设弧形支架的位置点为P3R-0，针对该弧形支架的传声器的0°安装位置为P3R-0-0；其中，下标中-0代表传声器和桨盘平面的夹角为0°，然后沿弧度依次往下间隔10°，以分别在P3R-0-10、P3R-0-20、P3R-0-30、P3R-0-40、P3R-0-50、P3R-0-60、P3R-0-70、P3R-90-80位置安装传声器。然后再依此按P3R-0弧形支架安装传声器的方法，对其它位置点的弧形支架P3R-15、P3R-30、P3R-45、P3R-60、……、P3R-345分别安装9个位置点的传声器，这些弧形支架传声器位置分别为P3R-15-0、P3R-15-10、P3R-15-20、P3R-15-30、P3R-15-40、P3R-15-50、P3R-15-60、P3R-15-70、P3R-15-80；P3R-30-0、P3R-30-10、P3R-30-20、P3R-30-30、P3R-30-40、P3R-30-50、P3R-30-60、P3R-30-70、P3R-30-80；……；P3R-345-0、P3R-345-10、P3R-345-20、P3R-345-30、P3R-345-40、P3R-345-50、P3R-345-60、P3R-345-70、P3R-345-80。
(2)传声器系数现场校准。该步骤的现场校准方式包括如下步骤：
(2.1)声采集系统通电预热至少15分钟；
(2.2)将标准声源套装在传声器拾音头部位，打开标准声源发出声压级为104dB、单频频率为1000HZ的声音；
(2.3)启动声采集系统的软件，采样频率设置为50000点/秒，采集10秒钟的声压数据；
(2.4)对采集的10秒声压数据进行FFT分析，找到1000HZ处对应的电压值Av(单位：伏)，并将电压值换算成传声器系数；
例如，对于位置点P3R-0的弧形支架，其上安装位置P3R-0-0的传声器系数R3R-0-0＝10/Av，R3R-0-0下标和前文P3R-0-0代表意义一致。依此计算得到所有弧形支架上每个传声器的传声器系数分别为：R3R-0-0、R3R-0-10、R3R-0-20、R3R-0-30、R3R-0-40、R3R-0-50、R3R-0-60、R3R-0-70、R3R-0-80；R3R-15-10、R3R-15-10、R3R-15-20、R3R-15-30、R3R-15-40、R3R-15-50、R3R-15-60、R3R-15-70、R3R-15-80；……；R3R-345-0、R3R-345-10、R3R-345-20、R3R-345-30、R3R-345-40、R3R-345-50、R3R-345-60、R3R-345-70、R3R-345-80。
(2.5)将校准得到的传感器系数带入声采集系统软件声压换算公式中备用，用于后续计算传声器声压。
(3)采集背景噪声声压数据。该步骤中采集背景噪声声压数据的方式包括如下步骤：
(3.1)将非消声风洞驻室门关上，并将进风口以及出风口挡风帘拉下；
(3.2)将声采集系统通电预热至少15分钟；
(3.3)启动声采集系统的软件，采样频率设置为50000点/秒，采集30秒钟的背景噪声的声压历程数据，得到每个传声器对应的第一声压历程数据段；例如，P3R-0-0安装位置的第一声压历程数据段表示为[B3R-0-0-0、B3R-0-0-1、B3R-0-0-2、…、B3R-0-0-1499999]，P3R-345-10安装位置的第一声压历程数据段表示为[B3R-345-10-0、B3R-345-10-1、B3R-345-10-2、…、B3R-345-10-1499999]。
(4)采集指向性喇叭的定频声压数据。该步骤中采集喇叭定频声压数据包括如下步骤：
(4.1)将指向性喇叭安装在桨毂中心，指向性喇叭出声口对准弧形支架，角度偏差不大于±5°；
(4.2)计算出指向性喇叭发声的单频频率，包括：根据旋翼转速M(单位：转/秒)和桨叶片数N(单位：片)计算指向性喇叭发声的单频频率为：
F＝M×N，例如旋翼转速M＝40转/秒，桨叶片数为5片，则指向性喇叭发声的单频频率具体为：F＝40×5＝200HZ。
(4.3)打开指向性喇叭，首先，发出单频频率为F(如200HZ)、且声压级为104dB的声压，然后，声采集系统按照50000点/秒采样频率由指向性喇叭所对准的弧形支架中的所有传声器同时采集30秒钟的指向性喇叭的声音，即得到每个传声器对应的第二声压历程数据段；例如，P3R-0-0安装位置传声器的第二声压历程数据列可以表示为[T200-3R-0-0-0、T200-3R-0-0-1、T200-3R-0-0-2、…、T200-3R-0-0-1499999]，其它安装位置传声器的第二声压历程数据段同样按此表示，数据列的数值下标中的200代表喇叭单频频率F为200HZ。
(5)分析声压历程数据。该步骤中声压历程数据分析的步骤如下：
(5.1)声压历程数据的分段：对上述采集的第一声压历程数据段按10秒长度进行等间隔分段；例如，P3R-0-0安装位置的背景噪声数据[B3R-0-0-0、B3R-0-0-1、B3R-0-0-2、…、B3R-0-0-1499999]分段成[B3R-0-0-0、B3R-0-0-1、B3R-0-0-2、…、B3R-0-0-499999]、[B3R-0-0-500000、B3R-0-0-500001、B3R-0-0-50002、…、B3R-0-0-999999]和[B3R-0-0-1000000、B3R-0-0-1000001、B3R-0-0-1000002、…、B3R-0-0-1499999]，所有喇叭第一、第二声压历程数据段均按上述方法分别分成3段；
(5.2)分段数据的FFT分析：对以上分段后的每段分段数据进行FFT分析，获得每段分段数据对应的幅值谱数据列；例如，P3R-0-0安装位置的背景噪声分段数据经FFT分析后可得到的第一段幅值频谱数据列为[N1-3R-0-0-0、N1-3R-0-0-1、N1-3R-0-0-2、…、N1-3R-0-0-249999]，第二段幅值频谱数据列为[N2-3R-0-0-0、N2-3R-0-0-1、N2-3R-0-0-2、…、N2-3R-0-0-249999]，第三段幅值频谱数据列为[N3-3R-0-0-0、N3-3R-0-0-1、N3-3R-0-0-2、…、N3-3R-0-0-249999]。对所有喇叭的声压历程分段数据FFT分析均按上述方法进行。
(5.3)分段数据中值选择：从FFT分析得到的三段幅值频谱数据中选择中间值数据；例如，P3R-0-0安装位置的背景噪声N0-3R-0-0-0是从N1-3R-0-0-0、…、N2-3R-0-0-0和N3-3R-0-0-0三个数中选择一个中间值数，N0-3R-0-0-1是从N1-3R-0-0-1、…、N2-3R-0-0-1和N3-3R-0-0-1三个数中选择一个中间值数，即为第一幅值频谱中间值数据列；从而依此计算得到该P3R-0-0安装位置背景噪声的第一幅值频谱中间值数据列[N0-3R-0-0-0、N0-3R-0-0-1、N0-3R-0-0-2、…、N0-3R-0-0-249999]，其它各位置传声器的背景噪声段数据中间值选择也按此进行。
类似地，(喇叭指向支架的角度)指向性喇叭频率(如单频200HZ)也按上述方法选择数据中值形成第二幅值频谱中间值数据列，例如P3R-0-0安装位置、且喇叭频率200HZ的第二幅值频谱中间值数据列为[A200-3R-0-0-0、A200-3R-0-0-1、A200-3R-0-0-2、…、A200-3R-0-0-249999]，P3R-345-10安装位置、且喇叭频率100HZ的第二幅值频谱中间值数据列为[A200-3R-345-10-0、A200-3R-345-10-1、A200-3R-345-10-2、…、A200-3R-345-10-249999]。
(5.4)扣除背景噪声：对于每个传声器所采集到的指向性喇叭的声音，从各角度的指向性喇叭的第二幅值频谱中间值数据列(例如P3R-0-0安装位置、且喇叭频率200HZ的第二幅值频谱中间值数据列为[A200-3R-0-0-0、A200-3R-0-0-1、A200-3R-0-0-2、…、A200-3R-0-0-249999])中减掉其对应的背景噪声的第一幅值频谱中间值数据列(例如，P3R-0-0安装位置背景噪声的第一幅值频谱中间值数据列[N0-3R-0-0-0、N0-3R-0-0-1、N0-3R-0-0-2、…、N0-3R-0-0-249999])，即得到该传感器对应的无背景噪声的幅值频谱数据列；例如P3R-0-0安装位置无背景噪声的幅值频谱数据列为[Q200-3R-0-0-0、Q200-3R-0-0-1、Q200-3R-0-0-2、…、Q200-3R-0-0-249999]。该幅值频谱数据列中，Q200-3R-0-0-0＝A200-3R-0-0-0-N0-3R-0-0-0，且如果Q200-3R-0-0-0<0，则Q200-3R-0-0-0＝0，数列中其它点计算方法依此进行。
(6)旋翼声场测点位置优选。该旋翼声场测点位置优选步骤如下：
(6.1)指向性喇叭对应的各传声器声压幅值的选择，包括：从无背景噪声的幅值频谱数据列(例如P3R-0-0安装位置的无背景噪声的幅值频谱数据列[Q200-3R-0-0-0、Q200-3R-0-0-1、Q200-3R-0-0-2、…、Q200-3R-0-0-249999])中选择对应指向性喇叭、且频率200HZ的幅值为Q200-3R-0-0-1999，其中的Q200-3R-0-0-1999下标中的1999＝喇叭频率(单位：HZ)×数据分段长度(单位：秒)-1＝200×10-1。
类似地，可以依此方法得到各安装位置喇叭频率F的幅值数据，如喇叭频率200HZ，按弧形传声器为单元其上各传声器位置点幅值数据列分别为[Q200-3R-0-0-1999、Q200-3R-0-10-1999、Q200-3R-0-20-1999、Q200-3R-0-30-1999、Q200-3R-0-40-1999、Q200-3R-0-50-1999、Q200-3R-0-60-1999、Q200-3R-0-70-1999、Q200-3R-0-80-1999]、[Q200-3R-15-0-1999、Q200-3R-15-10-1999、Q200-3R-15-20-1999、Q200-3R-15-30-1999、Q200-3R-15-40-1999、Q200-3R-15-50-1999、Q200-3R-15-60-1999、Q200-3R-15-70-1999、Q200-3R-15-80-1999]、……、[Q200-3R-345-0-1999、Q200-3R-345-10-1999、Q200-3R-345-20-1999、Q200-3R-345-30-1999、Q200-3R-345-40-1999、Q200-3R-345-50-1999、Q200-3R-345-60-1999、Q200-3R-345-70-1999、Q200-3R-345-80-1999]。
(6.2)对弧形支架测点位置的幅值数据列进行标准偏差分析：以P3R-0位置点的弧形支架为例，则其上各传声器位置点幅值数据列为[Q200-3R-0-0-1999、Q200-3R-0-10-1999、Q200-3R-0-20-1999、Q200-3R-0-30-1999、Q200-3R-0-40-1999、Q200-3R-0-50-1999、Q200-3R-0-60-1999、Q200-3R-0-70-1999、Q200-3R-0-80-1999]，对该幅值列数据按照幅值大小进行排序并取幅值中间值M200-3R-0；另外，可根据幅值中间值计算幅值数据列[Q200-3R-0-0-1999、Q200-3R-0-10-1999、Q200-3R-0-20-1999、Q200-3R-0-30-1999、Q200-3R-0-40-1999、Q200-3R-0-50-1999、Q200-3R-0-60-1999、Q200-3R-0-70-1999、Q200-3R-0-80-1999]和中间值M200-3R-0的标准偏差为：
O200-3R-0＝[(Q200-3R-0-0-1999-M200-3R-0)2+(Q200-3R-0-10-1999-M200-3R-0)2+(Q200-3R-0-20-1999-M200-3R-0)2+(Q200-3R-0-30-1999-M200-3R-0)2+(Q200-3R-0-40-1999-M200-3R-0)2+(Q200-3R-0-50-1999-M200-3R-0)2+(Q200-3R-0-60-1999-M200-3R-0)2+(Q200-3R-0-70-1999-M200-3R-0)2+(Q200-3R-0-80-1999-M200-3R-0)2]1/2。
(6.3)弧形支架测点优选：仍以P3R-0位置点的弧形支架为例，利用对应的标准偏差和中间值优选弧形支架上各传声器位置，以弧形支架上P3R-0-10传声器测点为例，如果|Q200-3R-0-10-1999-M200-3R-0|≤3×O200-3R-0，则认为该测点可以选用，另外，如果该弧形支架上传声器测点优选出来的点数少于该弧形支架上传声器总数的70％，则该弧形支架上的所有测点都要舍弃。其它弧形支架上的传声器测点也依此进行选择，最终可优选出适合非消声风洞进行旋翼噪声场测量用的测点位置。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种非消声风洞的旋翼噪声场噪声测点位置选择方法，其特征在于，包括：
步骤1，在非消声风洞布设弧形支架，并在弧形支架中选取多个测点位置，以及在每个所述测点位置安装有传声器；
步骤2，采用标准声源对传声器系数进行现场校准；
步骤3，采用各测点位置的传声器采集非消声风洞的背景噪声数据；
步骤4，采用指向性喇叭发出定频定声压级的声音，并采集各测点位置的传声器声压；所述指向性喇叭设置于旋翼试验台的桨毂中心位置；
步骤5，对各测点位置采集的传声器声压进行定频声压级分析；
步骤6，根据步骤5的分析结果选择旋翼噪声场中用于测量旋翼噪声的测点位置。
2.根据权利要求1所述的非消声风洞的旋翼噪声场噪声测点位置选择方法，其特征在于，所述步骤1包括：
步骤11，坐标轴定义，包括：以旋翼桨毂为圆心垂直投影到非消声风洞驻室的地面的点作为摆放弧形支架的中心点P0，以非消声风洞进气道和排气道的中心线垂直投影到非消声风洞驻室的地面、且过中心点P0的直线为X轴，垂直X轴、且过中心点P0的线为Y轴；其中，从中心点P0为起点指向排气道方向为+X轴，反方向为-X轴，根据附视视角的旋翼旋转方向来确定+Y轴和-Y轴的方向；
步骤12，弧形支架的布设，包括：在+X轴将距离中心点P0的3倍旋翼半径R的位置点P3R-0摆放一个半径为3倍R的弧形支架，并以15°为旋转的角度间距依此在P3R-15、P3R-30、P3R-45、P3R-60、……、P3R-345位置摆放弧形支架；其中，所述位置点P3R-0中的下标3R代表3倍的旋翼半径，-0代表绕以P0为中心点绕+X轴旋转的角度，-0、-15、……、-345为绕以P0为中心点绕+X轴旋转的角度，且旋翼旋转方向朝向+Y轴；
步骤13，传声器的安装，包括：分别在每个所述弧形支架的弧形杆上依次安装多个传声器，所述弧形杆上传声器的安装位置分别是本弧形杆上的0°、10°、……、80°位置；其中，传声器的0°安装位置与桨毂中心高度一致。
3.根据权利要求2所述的非消声风洞的旋翼噪声场噪声测点位置选择方法，其特征在于，所述步骤11中，根据附视视角的旋翼旋转方向来确定Y轴方向的方式为：
若旋翼旋转方向为俯视顺时针，则以P0为圆点，绕+X轴顺时针旋转90°则为+Y轴，绕+X轴逆时针旋转90°则为-Y轴；
若旋翼旋转方向为俯视逆时针，则以P0为圆点，绕+X轴逆时针旋转90°则为+Y轴，绕+X轴顺时针旋转90°则为-Y轴。
4.根据权利要求2所述的非消声风洞的旋翼噪声场噪声测点位置选择方法，其特征在于，
所述步骤13中，在所述弧形支架的弧形杆上依次安装多个传声器的方式为：以弧形杆中与桨毂中心高度相同的点作为0°安装位置P3R-A-0，并沿弧形杆的弧度以10°角度间隔依次向下，分别在P3R-A-10、P3R-A-20、P3R-A-30、P3R-A-40、P3R-A-50、P3R-A-60、P3R-A-70、P3R-A-80位置安装传声器；
其中，所述-0、……、-80为其中一个弧形支架上传声器的安装位置，A为弧形支架的布设角度，包括：15°、……、345°。
5.根据权利要求2所述的非消声风洞的旋翼噪声场噪声测点位置选择方法，其特征在于，所述步骤2包括：
步骤21，将标准声源套装在传声器拾音头部位，打开标准声源发出第一声压级、第一单频频率的声音；
步骤22，启动声采集系统，通过设定采样频率采集10秒钟声压数据；
步骤23，对采集的10秒声压数据进行FFT分析，找到预设单频频率处对应的电压值，并将电压值换算成传声器系数；
步骤24，将校准得到的传声器系数带入声采集系统的声压换算模块，用于计算传声器声压。
6.根据权利要求5所述的非消声风洞的旋翼噪声场噪声测点位置选择方法，其特征在于，所述步骤3包括：
步骤31，将非消声风洞的驻室门关上，并将进风口和出风口的挡风帘拉下；
步骤32，启动声采集系统，通过设定采样频率由所有传声器同时采集30秒钟的背景噪声，得到每个传声器对应的第一声压历程数据段，所采样的每个第一声压历程数据段中包括的数据点数量为设定采样频率与30之积。
7.根据权利要求6所述的非消声风洞的旋翼噪声场噪声测点位置选择方法，其特征在于，所述步骤4包括：
步骤41，将指向性喇叭安装在桨毂中心，指向性喇叭出声口对准其中一个弧形支架，角度偏差不大于±5°；
步骤42，计算出指向性喇叭发声的第二单频频率，包括：根据旋翼转速M和桨叶片数N计算得到指向性喇叭发声的第二单频频率为F＝M×N；
步骤43，打开指向性喇叭，发出第二单频频率、且第二声压级的声压，声采集系统按照设定采样频率由所述指向性喇叭所对准的弧形支架中的所有传声器同时采集30秒钟的指向性喇叭的声音，得到每个传声器对应的第二声压历程数据段，所采集的每个第二声压历程数据段中包括的数据点数量为设定采样频率与30之积；
步骤44，依次改变指向性喇叭出声口所对准的弧形支架，重复执行步骤43得到各弧形支架中的每个传声器采集得到的第二声压历程数据段。
8.根据权利要求7所述的非消声风洞的旋翼噪声场噪声测点位置选择方法，其特征在于，所述步骤5包括：
步骤51，声压历程数据的分段，包括：对采集的所有第一声压历程数据段和所有第二声压历程数据段分别按照10秒长度进行等间隔分段，每个声压历程数据段分别分段为3段分段数据；
步骤52，对分段数据进行FFT分析，包括：对步骤51分段后得到的每段分段数据进行FFT分析，获得每段分段数据对应的幅值谱数据列；
步骤53，对分段数据进行中值选择，包括：在第一声压历程数据段中3分段数据对应的幅值谱数据列中，对每个数据点选择中间值数据，形成第一幅值频谱中间值数据列；对指向性喇叭各指向角采集得到的第二声压历程数据段中3分段数据对应的幅值谱数据中，对每个数据点选择中间值数据，形成第二幅值频谱中间值数据列；
步骤54，扣除背景噪声，包括：对于每个传声器所采集到的指向性喇叭的声音，从第二幅值频谱中间值数据列中减掉其对应背景噪声的第一幅值频谱中间值数据列，得到各传声器对应的无背景噪声的幅值频谱数据列。
9.根据权利要求6所述的非消声风洞的旋翼噪声场噪声测点位置选择方法，其特征在于，所述步骤6包括：
步骤61，对指向性喇叭对应的各传声器进行声压幅值选择，包括：对于指向性喇叭对应的各传声器，从无背景噪声的幅值频谱数据列中选择指向性喇叭在第二单频频率(例如200HZ)的幅值，所选择的第二单频频率在无背景噪声的幅值频谱数据列中的位置点为：第二单频频率×数据分段长度(单位：秒)-1；
步骤62，对指向性喇叭对应的弧形支架进行声压幅值选择，包括：重复执行步骤61的声压幅值选择方式，得到指向性喇叭对应每个弧形支架的一组幅值数据列；
步骤63，对弧形支架测点位置的幅值数据列进行标准偏差分析，包括：对于每个弧形支架，对通过本弧形支架上各传声器得到的幅值数据列按照幅值大小进行排序并取幅值中间值，并计算本弧形支架的幅值数据列与中间值的标准偏差；
步骤64，弧形支架中用于测量旋翼噪声的测点位置选择，包括：采用每个弧形支架对应的标准偏差和中间值选择本弧形支架上所使用传声器的测点位置，对于判断出满足预设条件的传声器，则选用该测点位置的传声器，所述预设条件为：
|指向性喇叭的第二单频频率对应的该传声器的幅值–该传声器所安装弧形支架的中间值|≤3×该弧形支架的标准偏差。
10.根据权利要求9所述的非消声风洞的旋翼噪声场噪声测点位置选择方法，其特征在于，所述步骤6还包括：
步骤65，对于任一弧形支架上传声器的测点位置，所选择出来的测点数少于该弧形支架上传声器总数的预设比例值，则舍弃该弧形支架上的所有测点位置。
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