CN116735142B - 一种连续式跨声速风洞透气壁试验段背景噪声抑制方法 - Google Patents

Abstract

一种连续式跨声速风洞透气壁试验段背景噪声抑制方法，属于风洞技术领域，本发明为了解决背景噪声的抑制导致流场品质下降，影响风洞试验数据质量及精度的问题。首先测量在常规气动试验条件下透气壁试验段连续变马赫数的背景噪声；然后在试验段的内壁铺设打磨起绒的尼龙网，并校准当前环境下马赫数与背景噪声的对应关系；最后按该对应关系测量透气壁试验段在当前降噪环境下连续变马赫数的背景噪声，并与常规气动试验条件下测得的背景噪声进行比较验证。本发明中尼龙网处于起绒状态，可降低气流通过透气壁的动能，改善透气壁的气流流动。

Description

一种连续式跨声速风洞透气壁试验段背景噪声抑制方法

技术领域

本发明属于风洞技术领域，尤其涉及一种连续式跨声速风洞透气壁试验段背景噪声抑制方法。

背景技术

试验段是风洞中模拟飞行流场，进行模型空气动力学试验的关键部件，试验段的背景噪声是评价风洞性能的关键指标，同时也对风洞试验数据有至关重要的影响。连续式跨声速风洞的试验段一般为透气壁，且处于驻室内，在对FL-62风洞的噪声研究过程中发现驻室内噪声基本不随马赫数变化，这与试验段内部测得的噪声数据规律大相径庭，由此可以得到结论：气体流经试验段的透气壁会产生额外的气动噪声。

为了防止对试验段透气壁内壁面造成影响，姿态角运动机构等大量的试验段自身结构在设计之初就处于试验段外壁，这样也导致了改善风洞试验段透气壁表面流动的方法只能在内壁面开展。而在风洞试验段透气壁内表面布置降噪措施就一定要避免对风洞流场造成破坏，同时要保证透气率，否则透气壁试验段的设计目的就无法达到，因此消音棉（透气率低）、密孔金属板（结构较厚）等方法不适用试验段降噪。

目前一般通过改变透气壁的开闭比、Flap片偏度、二喉道位置等风洞参数实现背景噪声的抑制，这种方法在一定程度上能够降低连续式跨声速风洞透气试验段的背景噪声，但这些参数改变后，往往试验段流场品质也发生改变。而且当多个参数同时改变，对流场的耦合影响通常是偏向于品质降低，进而影响风洞试验数据质量及精度，对于噪声试验、动态压力测量等试验更是无法接受的。

发明内容

本发明的目的是提供一种连续式跨声速风洞透气壁试验段背景噪声抑制方法，以解决通过改变透气壁试验段开闭比等风洞参数实现背景噪声的抑制，导致流场品质下降，影响风洞试验数据质量及精度的问题。本发明所采用的技术方案如下：

一种连续式跨声速风洞透气壁试验段背景噪声抑制方法，包括以下步骤：

步骤一：测量基准背景噪声：测量所述透气壁试验段在常规气动试验条件下连续变马赫数的背景噪声；

步骤二：加工降噪尼龙网：将尼龙网的单面打磨起绒；

步骤三：铺设尼龙网，并校准当前降噪环境下马赫数与背景噪声的对应关系；

步骤四：验证降噪结果：测量当前降噪环境下连续变马赫数的背景噪声，并与常规气动试验条件下连续变马赫数的背景噪声进行总声压级数据对比、频谱分析，获得噪声抑制效果。

在上述技术方案中，所述步骤一的具体步骤为：

步骤11：准备七支动态压力传感器，并进行检测，确保动态压力传感器完好、准确；

步骤12：在所述透气壁试验段的弯刀装置上固定十度锥，在十度锥上安装五支动态压力传感器，剩余两支动态压力传感器备用，声压采集系统分别与五支动态压力传感器电连接；

步骤13：运行风洞，测量所述透气壁试验段在常规气动试验条件下连续变马赫数的背景噪声，记录测量结果为dB₁。

在上述技术方案中，所述步骤二的具体步骤为：

步骤21：将200目的尼龙网平整铺在平台上，并将四边固定好；

步骤22：人工手持硬毛刷对尼龙网的单面进行打磨，将一定范围内的尼龙网打磨出0.02~0.03mm长的绒毛；

步骤23：再对尼龙网的其它区域重复步骤21和步骤22，直至尼龙网单面全部打磨完成。

在上述技术方案中，所述步骤三的具体步骤为：

步骤31：停止运行风洞，在所述透气壁试验段的内壁铺满经过打磨起绒的尼龙网，起绒的一面背离所述内壁铺设；

步骤32：拆除动态压力传感器和十度锥，并更换安装轴探管，校准在当前降噪环境下马赫数与背景噪声的对应关系。

在上述技术方案中，所述步骤四的具体步骤为：

步骤41：拆除轴探管，并按步骤12重新安装动态压力传感器和十度锥；

步骤42：再次运行风洞，按步骤32校准的对应关系测量所述透气壁试验段在当前降噪环境下连续变马赫数的背景噪声，记录测量结果为dB₂，并与dB₁进行总声压级数据对比、频谱分析，获得噪声抑制效果。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

获取风洞背景噪声的基础数据，为了便于直观、量化的分析连续式跨声速风洞透气壁试验段的背景噪声。尼龙网处于起绒状态，可降低气流通过透气壁的动能，改善透气壁的气流流动。采用轴探管重新校测铺设经过打磨起绒后尼龙网的透气壁试验段，获取新的马赫数控制关系，目的在于实现后续更精准的背景噪声数据对比。通过本发明，背景噪声抑制效果不仅可以通过总声压级这一参数直观的反映，还能通过频谱分析获得更精确的噪声频率变化。本发明得到了真实且完整的连续式跨声速风洞透气壁试验段背景噪声，数据直观量化，并且便于分析对比，明显抑制了连续式跨声速风洞透气壁试验段背景噪声。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是FL-61风洞铺设尼龙网前后的背景噪声对比图；

图3是FL-61风洞铺设尼龙网前后Ma=0.6脉动压力系数的对比曲线图；

图4是十度锥的结构示意图。

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了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

本发明所提到的连接分为固定连接和可拆卸连接，所述固定连接即为不可拆卸连接包括但不限于折边连接、铆钉连接、粘结连接和焊接连接等常规固定连接方式，所述可拆卸连接包括但不限于螺栓连接、卡扣连接、销钉连接和铰链连接等常规拆卸方式，未明确限定具体连接方式时，默认可在现有连接方式中找到至少一种连接方式实现该功能，本领域技术人员可根据需要自行选择。例如：固定连接选择焊接连接，可拆卸连接选择螺栓连接。

以下将结合附图，对本发明作进一步详细说明，以下实施例是对本发明的解释，而本发明并不局限于以下实施例。

实施例：如图1-4所示，一种连续式跨声速风洞透气壁试验段背景噪声抑制方法，包括以下步骤：

步骤1：准备七支动态压力传感器，并进行检测，确保动态压力传感器完好、准确；

步骤2：在所述透气壁试验段的弯刀装置上固定十度锥，在十度锥上安装五支动态压力传感器，剩余两支动态压力传感器备用，声压采集系统分别与五支动态压力传感器电连接；

步骤3：运行风洞，测量所述透气壁试验段在常规气动试验条件下连续变马赫数的背景噪声，记录测量结果为dB₁；

步骤4：将200目的尼龙网平整铺在平台上，并将四边固定好；

步骤5：人工手持硬毛刷对尼龙网的单面进行打磨，将一定范围内的尼龙网打磨出0.02~0.03mm长的绒毛；

步骤6：再对尼龙网的其它区域重复步骤4和步骤5，直至尼龙网单面全部打磨完成；

步骤7：停止运行风洞，在所述透气壁试验段的内壁铺满经过打磨起绒的尼龙网，起绒的一面背离所述内壁铺设；

步骤8：拆除动态压力传感器和十度锥，并更换安装轴探管，校准在当前降噪环境下马赫数与背景噪声的对应关系；

步骤9：拆除轴探管，并按步骤2重新安装动态压力传感器和十度锥；

步骤10：再次运行风洞，按步骤8校准的对应关系测量所述透气壁试验段在当前降噪环境下连续变马赫数的背景噪声，记录测量结果为dB₂，并与dB₁进行总声压级数据对比、频谱分析，获得噪声抑制效果。

所述当前降噪环境是铺设尼龙网之后的连续式跨声速风洞透气壁试验段。

连续式跨声速风洞国内目前仅有FL-61与FL-62两座风洞，关于连续式跨声速风洞降噪研究有且只有在这两座风洞可以开展。

高速风洞相较于低速风洞，其试验段为透气壁，并且试验段处于驻室内。在FL-62风洞的噪声研究过程发现驻室内噪声基本不随马赫数变化，这与试验段内测得噪声数据规律大相径庭，由此可以得到结论：气体流经透气壁会产生额外的气动噪声。

风洞试验段是风洞试验的核心部段，是风洞试验模型以及风洞试验开展的部段，对风洞试验流场品质要求极高，关系到风洞试验数据的准确性，对航空研究有重要影响。风洞背景噪声通常指的就是在风洞试验段测得的噪声，其来源包含：压缩机噪声、各部段转角噪声、试验段噪声、下游噪声前传等。

本申请针对的是连续式跨声速风洞透气壁试验段背景噪声，同时也要保证试验段的流场品质。

十度锥的一端为10°锥角的圆锥结构，另一端为圆柱结构，圆锥结构的外周沿轴向依次设有五个安装孔，五个动态压力传感器即一一对应安装在五个安装孔内，圆柱结构则与风洞弯刀相连，将五个动态压力传感器与声压采集系统连接，即可对风洞试验段内的背景噪声进行采集。

试验段不仅是风洞最核心的部段，同时也包含姿态角运动机构。姿态角运动机构为防止对试验段透气壁内壁面造成影响，大量的自身结构在设计之初就处于试验段外壁，这样也导致了改善风洞试验段透气壁表面流动的方法只能在内壁面开展。而在风洞试验段透气壁内表面布置降噪措施就一定要避免对风洞流场造成破坏，同时要保证透气率，否则透气壁试验段的设计目的就无法达到了。因此消音棉（透气率低）、密孔金属板（结构较厚）等方法就被排除了。而风洞的其它部段由于对流场品质没有太过苛刻的要求，是可以使用消音棉、密孔金属板进行降噪的。

噪声测量时，动态传感器将其感受到的脉动压力信号转换成电信号，经过放大之后，通过数据采集系统采样，将动态压力传感器输出电压信号U _i 转换成脉动压力P _i ：

P _i =BU _i +A （3.5）

再计算脉动压力的均方根值P _rms ：

（3.6）

将其转化成声压级SPL的形式：

（3.7）

式中：A、B为传感器系数；U _i 为安装在试验模型上的脉动压力传感器测得的电压信号；为基准声压，其值为20μPa。在对动态数据进行FFT分析时采用汉宁窗（Hanning）函数防止数据截断造成的能量“泄漏”。

平均脉动压力通过下式计算：

（3.8）

平均脉动压力系数（即/>）通过下式计算：

（3.9）

式中，q为动压。

无量纲频率参数通过下式计算：

（3.10）

为试验段宽度，/>为试验风速，/>为频率。

无量纲频谱函数 ：

（3.11）

式中的为常量，即每秒钟波动一次。

联立式3.8~3.11，则有：

（3.12）

获取风洞背景噪声的基础数据，为了便于直观、量化的分析连续式跨声速风洞透气壁试验段的背景噪声。尼龙网处于起绒状态，可降低气流通过透气壁的动能，改善透气壁的气流流动。采用轴探管重新校测铺设经过打磨起绒后尼龙网的透气壁试验段，获取新的马赫数控制关系，目的在于实现后续更精准的背景噪声数据对比。通过本发明，背景噪声抑制效果不仅可以通过总声压级这一参数直观的反映，还能通过频谱分析获得更精确的噪声频率变化。本发明得到了真实且完整的连续式跨声速风洞透气壁试验段背景噪声，数据直观量化，并且便于分析对比，明显抑制了连续式跨声速风洞透气壁试验段背景噪声。

以上实施例只是对本发明的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本发明的精神实质，都在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种连续式跨声速风洞透气壁试验段背景噪声抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：测量基准背景噪声：测量所述透气壁试验段在常规气动试验条件下连续变马赫数的背景噪声；

步骤二：加工降噪尼龙网：将尼龙网的单面打磨起绒；

步骤三：铺设尼龙网，并校准当前降噪环境下马赫数与背景噪声的对应关系；

步骤四：验证降噪结果：测量当前降噪环境下连续变马赫数的背景噪声，并与常规气动试验条件下连续变马赫数的背景噪声进行总声压级数据对比、频谱分析，获得噪声抑制效果；

所述步骤一的具体步骤为：

步骤11：准备七支动态压力传感器，并进行检测，确保动态压力传感器完好、准确；

步骤12：在所述透气壁试验段的弯刀装置上固定十度锥，在十度锥上安装五支动态压力传感器，剩余两支动态压力传感器备用，声压采集系统分别与五支动态压力传感器电连接；

步骤13：运行风洞，测量所述透气壁试验段在常规气动试验条件下连续变马赫数的背景噪声，记录测量结果为dB₁；

所述步骤三的具体步骤为：

步骤31：停止运行风洞，在所述透气壁试验段的内壁铺满经过打磨起绒的尼龙网，起绒的一面背离所述内壁铺设；

步骤32：拆除动态压力传感器和十度锥，并更换安装轴探管，校准在当前降噪环境下马赫数与背景噪声的对应关系；

所述步骤四的具体步骤为：

步骤41：拆除轴探管，并按步骤12重新安装动态压力传感器和十度锥；

步骤42：再次运行风洞，按步骤32校准的对应关系测量所述透气壁试验段在当前降噪环境下连续变马赫数的背景噪声，记录测量结果为dB₂，并与dB₁进行总声压级数据对比、频谱分析，获得噪声抑制效果。

2.根据权利要求1所述的一种连续式跨声速风洞透气壁试验段背景噪声抑制方法，其特征在于，所述步骤二的具体步骤为：

步骤21：将200目的尼龙网平整铺在平台上，并将四边固定好；

步骤22：人工手持硬毛刷对尼龙网的单面进行打磨，将一定范围内的尼龙网打磨出0.02～0.03mm长的绒毛；

步骤23：再对尼龙网的其它区域重复步骤21和步骤22，直至尼龙网单面全部打磨完成。