[发明专利]一种用于发动机及其部件噪声源指向性识别的方法

说明书

本发明一种用于发动机及其部件噪声源指向性识别的方法，属于航空发动机及其部件噪声源分离技术领域；通过传声器阵列对声源噪声进行实验，如果已经获得声源各个部件噪声的频谱特性，只需要足够数量的传声器，就可以构造关于各个声源强度即指向性的声功率谱矩阵，应用SODIX‑Bes反演算法可以从由良性线性代数方程组求解获得声源强度和指向性。对德国宇航院(DLR)发展的基于互谱矩阵声源指向性模拟技术(SODIX)进行改进。本发明能够从发动机整机噪声或者其部件噪声实验数据中，分离出发动机及其各个部件的噪声指向性和声强度。

技术领域

本发明属于航空发动机及其部件噪声源分离技术领域，具体涉及一种用于发动机及其部件噪声源指向性识别的方法。

背景技术

航空发动机噪声包含多个噪声源，例如风扇进口噪声、风扇出口噪声、燃烧噪声、涡轮噪声和喷流噪声等声源；而发动机部件噪声同样包括转子噪声、静子噪声、前传噪声、后传噪声，以及叶片前缘噪声、尾缘噪声等。不仅如此，如图1所示航空发动机噪声还有一个重要特征就是，这些噪声源都具有非常强烈的指向性。

传统的传声器阵列测量技术能够对发动机进出口噪声源进行分离，但是这仅仅是传声器阵列孔径尺度范围内的一个平均噪声分离，无法获得噪声源指向特性。

2008年～2019年，德国宇航院Michel等人发展了一种特殊的进行航空发动机噪声源指向性实验的新的阵列数据处理方法—“基于互谱矩阵声源指向性模拟技术(SODIX，SOurce DIectivity modelling in cross-spectral matriX)”，与传统的传声器阵列数据处理反卷积算法如Clean、DAMAS等方法相比，SODIX是一种新兴的反演算法，SODIX给出了一种基于线阵传声器互谱矩阵确定声源指向性的方法。但是，SODIX方法应用中存在如下三大缺点：(1)SODIX方法应用前事先需要知道声源个数和位置，为此SODIX方法根据声波波长将空间按照波长特征划分为空间连续声源分布的方式，这必然产生了假声源，例如再说发动机进口到出口的机壳也要不知声源，特别是对于高频噪声源，由于波长减小声源数增大到大于传声器个数时，从而产生一个无解数学问题。(2)SODIX采用全阵列传声器信号的互谱矩阵拟合，从而形成了复杂庞大的非线性代数方程组求解，特别是由于采用全阵列传声器信号的互谱矩阵，在SODIX中包含分离距离大其相关性很差的传声器信号互谱，这进一步带来数学方程求解稳定性问题，为了提高系统稳定性，SODIX不得不引入每个声源在相邻传声器信号的指向性是连续光滑变化、同一个传声器信号相邻声源的指向性是光滑这样两个可能与发动机声源指向性不相符的假设，因而也失去了对单音噪声指向性分析的可能。(3)SODIX方法只适用于线性阵列和线性分布声源问题，不能适用于广泛存在的平面分布气动噪声源。

目前，即使使用传声器阵列对航空发动机进出口的噪声源进行了分离识别，但这种分离也仅仅只能对发动机进口和出口总噪声进行分离，而发动机出口噪声还包括喷流、涡轮和燃烧噪声，如何进一步从出口噪声中分离出这三类噪声，更是航空发动机噪声源精细化实验测量的难题。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种用于发动机及其部件噪声源指向性识别的方法，通过传声器阵列对声源噪声进行实验，如果已经获得声源各个部件噪声的频谱特性，只需要足够数量的传声器，就可以构造关于各个声源强度即指向性的声功率谱矩阵，应用SODIX-Bes反演算法可以从由良性线性代数方程组求解获得声源强度和指向性。对德国宇航院(DLR)发展的基于互谱矩阵声源指向性模拟技术(SODIX)进行改进。

本发明的技术方案是：一种用于发动机及其部件噪声源指向性识别的方法，其特征在于具体步骤如下：

步骤一：假定实验测量的噪声源呈线性分布，数量为J；将M个传声器放置于与噪声源所在直线平行的直线上，组成线性阵列进行声源噪声识别测量，得到传声器阵列实验测量数据；其中，传声器阵列排布根据不同声源分布情况由计算机模拟设计得到；