航空声学风洞3∕4开口试验平台地板对远场噪声测量的影响.pdf

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1、航空学报ActaAerOnauticaetAstronauticaSinicaAug.252016Vol37No.82574-2582ISSN1000-6893ON11—1929/Vhttp://hkxb.buaaedu.cahkxb@buaaeduCR航空声学风洞3/4开口试验平台地板对远场噪声测量的影响张军1’2一,陈鹏1’2,雷红胜1,张俊龙1,李征初11.中国空气动力研究与发展中心气动噪声控制重点实验室,绵阳6210002.空气动力学国家重点实验室,绵阳621000摘要:利用KirchhoffHelmholtz声学理论建立了地板声波反射问题的时域理论模型,推导了地板面上反射

2、波的幅值函数和延迟时间的表达式,并引入了恰当的数值方法对反射声场进行求解,理论方法的正确性得到了实验结果的验证。以典型的高斯调制正弦波脉冲和连续正弦波为例,用建立的理论方法对噪声信号的传播过程和平台地板对远场噪声测量的影响进行了数值模拟研究,结果表明:地板的存在将使得远场接收到的噪声信号中出现直达波和反射波,反射波包含了中心波和边缘波。在低频段,地板宽度增加,远场噪声声压级增大;在高频段,地板宽度增加对远场总噪声级影响不明显。对于高速列车(HST)模型,车底位置的声源比车顶位置的声源在高频段受到地板反射的影响更大。关键词:声学风洞;3/4开口地板;噪声测量;声场;Kirchhoff

3、-Helmholtz方法中图分类号:V211.7文献标识码:A文章编号:1000—6893(2016)08—2574—09中国空气动力研究与发展中心建成了国内首座大型航空声学风洞(2013年)。该风洞的喷口尺寸为5.5m(宽)×4m(高),试验段由全消声室包围,截止频率约为100Hz。为满足地面交通工具气动噪声试验的需要,该风洞配套了3/4开口的试验平台。测试模型(例如汽车模型、高速列车(HST)模型等)在试验过程中可通过支撑地板固定[1。2]。风洞建成后已开展了几期气动噪声试验,从试验结果来看,平台地板的存在将对远场噪声测量产生影响。杨志刚等[30利用大涡模拟(LES)的方法从定

4、常、非定常流动及气动噪声的角度,分析了高速列车模型在汽车风洞中进行气动噪声试验时地板对测量的影响,讨论了噪声产生的原因并提出了改善地板设计的方法。文献E33中的地板特指固定在半消声室地面上用来模拟高速列车轨道路面的地板模型,它在结构形式和功能上与本文的3/4试验平台地板不同。张军和曾新吾[4。51利用Kirchhoff声衍射理论研究了抛物面镜、椭球面镜等反射声场的特性,得到了沿镜面轴线反射声场的时域解析解,并深入讨论了反射声场的特性。冯峰和王强[61利用二维Kirchhoff方法对主涡二次对并声辐射特征进行了分析,研究了混合层人口扰动相位差对涡并声场的影响。本文利用Kirchhof

5、f—Helmholtz积分方法研究了声波反射对远场噪声测量的影响。首先,建立了地板声波反射问题的理论预测模型,推导了球面波的积分边界条件和延迟时间表达式,并给收稿日期:2016—01—22;退修日期:2016—05—11;录用日期:2016—06—01;网络出版时间:2016一06—1214:16网络出版地址:WWWcnki.net/kcms/detail/111929V201606121416006htm基金项目:国家自然科学基金(11504417)*通讯作者.Tel.:0816—2461234E—mail:izhang@nudt,edu.crt引用格武:张军,睬鹇。雷红挂,等航

6、空声学风洞3/4开口试验平台地板对远场噪声鼬量的影响i蕾航空学授,2016.37(8):2574.2582.ZHANGJ,CHENP,LEIHS.eta1.Influenceofa3/4openietflooronfarfIe

7、dnoisemeasurementsinaeroacousticwindtunne

8、!Jj.ActaAeronauticaetAstronauticaSinica,2016,37(8):2574—2582张军,等:航空声学风洞3/4开口试验平台地板对远场噪声测量的影响出了求解积分的数值方法。其次,通过标准声源校正实验对本文提出的理论方法进行了验证。最后,通过

9、数值模拟给出了噪声信号反射波的时域传播过程,并讨论了参数变化对远场噪声测量的影响。本文提供的方法可为带地板条件下远场噪声测量的数据修正提供理论指导。1理论方法1.1Kirchhoff-Helmholtz积分根据菲涅耳一惠更斯原理,地板的声反射相当于二次声辐射问题。由于空气的声阻抗与地板的声阻抗差别巨大,从声源位置处发出的声波到达地板后将在地板上发生反射,反射波可以视为源于地板面的二次声波。假设地板的刚性足够大,反射声场不足以引起地板的振动,因此不考虑地板振动和声波辐射

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