[发明专利]环形燃烧室内热声不稳定声源探测系统及方法

说明书

本申请涉及一种环形燃烧室内热声不稳定声源探测系统及方法，其中，包括：声源单元，用于产生声场；麦克风阵列，麦克风阵列设置于环形燃烧室的环形腔体的环形壁面上，其中，环形腔体的横截面为环形且轴向长度为预设轴向长度；信号采集单元，用于采集麦克风阵列的麦克风信号，生成压力信号；声源定位单元，用于对压力信号进行模态分解测量，得到各阶模态的信息，并基于各阶模态的信号在各点处进行模态叠加，还原环形燃烧室内的声场分布，且在消除传播波模态成分和叠加倏逝波模态后，得到声源定位效果图，并基于声源定位效果图定位不稳定声源位置。由此，解决了波束形成法无法准确定位低频声源，以及等效源法声源分布的位置数目难以准确设定等问题。

技术领域

本申请涉及信号处理技术领域，特别涉及一种环形燃烧室内热声不稳定声源探测系统及方法。

背景技术

航空发动机燃烧室从结构上分为了分管燃烧室、环管燃烧室和环形燃烧室，环形燃烧室具有迎风面积小，出口温度均匀的优点，得到了现代航空发动机的广泛运用。在环形燃烧室中，氮氧化物主要来自于燃烧室内的燃烧产生的热力型NO_x，与火焰温度呈现正相关关系，因此主要依靠降低火焰温度来控制出口的氮氧化物浓度。为了降低火焰温度，环形燃烧室广泛采用贫油预混燃烧技术，该方法燃烧出口温度均匀且低，是目前NO_x生成最低的燃烧技术。但同时贫油预混燃烧带来了燃烧振荡的问题，由于当量比低火焰往往不稳定，当燃烧室内压力脉动和放热率脉动的相位关系满足瑞利准则时，会在空间内造成多参数的大幅度振荡，出现回火、吹熄等问题，影响系统的控制和运行甚至造成结构的损坏。常用的燃烧振荡的控制措施分为主动控制和被动控制。其中，主动控制基于一定控制模型，借助实时监测的状态信息采取相应的控制措施，改变燃烧室中压力脉动和放热率脉动的耦合关系，从而抑制振荡燃烧的发生。燃烧室内的声场还原和声源定位技术可确定声源火焰的位置和产生的声场的结构特征，为主动控制提供重要信息。因此，将航空发动机环形燃烧室模化为模型，研究环形燃烧室内的声场还原和声源定位技术对于抑制燃烧振荡具有重要的意义。

目前，相关技术中，声源定位问题的解决方案主要有等效源法和波束形成法。等效源法的基本原理是根据叠加原理可以将声源当成一系列点声源的组合，则可以假定声源可能存在的几个位置，通过建立这几个点声源与声压测量点间的传递矩阵，对传递矩阵求逆即可得到这几个位置的声源强度信息。然而，在环形腔室中，声源到声场的格林函数并不容易得到；另外等效源法需要事先假定声源分布的位置，假定的声源位置数目必须小于测量压力的麦克风的数目，假定位置少，可能与真实的声源位置产生偏差，但假定位置多，要求的麦克风数目也越多，矩阵求逆的计算量也越大。波束形成法的基本原理是在空间特定位置布置麦克风阵列，通过对特定方向入射的平面波球面波进行相位的延迟相加平均来求取声源的等效分布。波束形成法适用于对高频信号声源的定位，但在实际应用的环形燃烧室中，燃烧振荡的频率较低，在环形燃烧室中应用波束形成法得到的定位效果较差。

综上，相关技术中，波束形成法无法准确定位低频声源，而等效源法声源分布的位置数目难以准确设定，亟待解决。

发明内容

本申请提供一种环形燃烧室内热声不稳定声源探测系统及方法，以解决波束形成法无法准确定位低频声源，以及等效源法声源分布的位置数目难以准确设定等问题。

本申请第一方面实施例提供一种环形燃烧室内热声不稳定声源探测系统，包括：声源单元，用于产生声场；麦克风阵列，所述麦克风阵列设置于环形燃烧室的环形腔体的环形壁面上，其中，所述环形腔体的横截面为环形且轴向长度为预设轴向长度；信号采集单元，用于采集所述麦克风阵列的麦克风信号，生成压力信号；声源定位单元，用于对所述压力信号进行模态分解测量，得到各阶模态的信息，并基于所述各阶模态的信号在各点处进行模态叠加，还原所述环形燃烧室内的声场分布，且在消除传播波模态成分和叠加倏逝波模态后，得到声源定位效果图，并基于所述声源定位效果图定位不稳定声源位置。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述声源定位单元还用于向用户显示所述声源定位效果图。