航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)噪聲聲功率譜技術(shù)研究

1、航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)噪聲聲功率譜技術(shù)研究航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)噪聲聲功率譜技術(shù)研究一、噪聲信號(hào)分析聲波與振動(dòng)嚴(yán)密相關(guān)，任何機(jī)械振動(dòng)都會(huì)激發(fā)周圍既有彈性又有慣性的空氣做疏或密交變的壓縮波向外傳播，形成聲波。人耳接收到這種空氣壓力的擾動(dòng)，由聽覺神經(jīng)傳至大腦使人聽到的聲波稱為聲音。人耳聽覺范圍為20Hz20KHz,低于20Hz的聲波叫次聲，高于20KHz的聲波叫超聲.引起空氣質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的物體叫聲源，傳播聲波的物質(zhì)叫媒質(zhì)。聲源與媒質(zhì)是產(chǎn)生聲波的必要條件。常見的媒質(zhì)有氣體、液體和固體，在氣體中聲波的傳播方向與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)位移的方向一樣，稱為壓縮波或縱波。在液體中聲波的傳播方向與質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向相垂直，被稱為剪切波或橫波。在

2、固體中聲波傳遞復(fù)雜，既有縱播也有橫波。本文只討論聲波在空氣中的傳播問題。聲波傳遞的空間稱為聲場，聲場的存在說明了聲波的矢量性。振動(dòng)量(位移、速度和加速度)只是時(shí)間的函數(shù)而聲波的波動(dòng)量(聲壓、聲強(qiáng)等)不僅是時(shí)間的函數(shù)同時(shí)也是空間的函數(shù)。人耳對(duì)聲音有很高的靈敏度和極大的動(dòng)態(tài)范圍。從聽覺心理上講，人們可以把不想要的聲音都列為噪聲。它與聽者的主觀要求親密相關(guān)。比方舞者可以把一首歌視為樂音，而想要入睡的人可能認(rèn)為這是一種噪聲。因此噪聲與聲波本身的特性并沒有必然的關(guān)系。在物理上單一振動(dòng)頻率的聲波，使人聽到的聲音叫純音。例如音叉在自由振動(dòng)時(shí)所發(fā)出的聲音。許多互相有關(guān)的純音組成復(fù)音，人們聽到的音樂大多為復(fù)音。

3、復(fù)音中頻率最低的諧音稱為基音，其余的都稱為基音的泛音。從這個(gè)意義上講噪聲也可定義為許多不同頻率與強(qiáng)度的聲波無規(guī)律的、間歇的或隨機(jī)的組合。這種噪聲聲波在時(shí)域?yàn)殡s亂無章的信號(hào)，在頻域是一個(gè)連續(xù)的寬帶頻譜。在穩(wěn)定的噪聲聲場中應(yīng)該有穩(wěn)定的噪聲特征參數(shù)。通常機(jī)械構(gòu)造都比擬復(fù)雜，例如車、船、飛機(jī)或機(jī)床等都是由許多元件所組成，工作原理也異常復(fù)雜，所以它們的工作噪聲通常是復(fù)雜的函數(shù)，檢測到的聲波信號(hào)也是如此。在機(jī)械學(xué)中人們往往把復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)簡化為線性系統(tǒng)，認(rèn)本文由論文聯(lián)盟.Ll.搜集整理為復(fù)雜振動(dòng)形態(tài)是許多簡諧振動(dòng)的線性組合。這種假設(shè)雖不非常嚴(yán)謹(jǐn)，但是在工程上卻很實(shí)用，既保持了一定的分析精度又簡化了分析的方

4、法。二、發(fā)動(dòng)機(jī)試車噪聲分析試驗(yàn)與研究中采用的測量分析系統(tǒng)見圖1，主要由NI-DAQ6024E采集卡、日本RIN公司消費(fèi)的NI-60型聲級(jí)計(jì)和計(jì)算機(jī)組成該系統(tǒng)。圖1噪聲信號(hào)采集、處理系統(tǒng)由于風(fēng)吹到傳聲器上時(shí)，傳聲器膜片上壓力會(huì)產(chǎn)生變化，從而引起風(fēng)噪聲。為了降低風(fēng)噪聲的影響，選用一種用多孔尼龍細(xì)網(wǎng)做成的風(fēng)罩，將風(fēng)罩套在電容傳聲器頭上，就可以大大衰減風(fēng)噪聲，而對(duì)于聲音卻無衰減，從而進(jìn)步了在有風(fēng)環(huán)境下測量的準(zhǔn)確性.在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集過程中，采用NI一DAQ6024E便攜式采集卡，這款采集卡最大采樣率可達(dá)200kS/s，輸入電壓為0.05V到10V，采集速度快，滿足噪聲采樣的要求且體積很小，可以直接插入筆記

5、本電腦中，將聲級(jí)計(jì)與計(jì)算機(jī)方便的聯(lián)絡(luò)起來，對(duì)于實(shí)地采集非常有利。在實(shí)際測量中，將聲級(jí)計(jì)前端探頭和后邊的數(shù)字顯示表用30米的延長線連接，使和計(jì)算機(jī)連接的顯示表部分與試驗(yàn)人員一起，而讓前端的探頭在延長線的挪動(dòng)范圍內(nèi)活動(dòng)，這樣不僅利于室內(nèi)的安裝也利于室外噪聲的挪動(dòng)測量。試車工作時(shí)除發(fā)動(dòng)機(jī)這個(gè)主要噪聲源外，還有來自廠房外表復(fù)合反射形成較為復(fù)雜的混響聲?；祉懙某潭扰c房間大孝壁面的吸聲系數(shù)有關(guān)。為減少這種混響效果，目前試車間內(nèi)都采用了一定的降噪設(shè)計(jì)，如在試車間及進(jìn)氣部分，觀察間內(nèi)壁廣泛采用內(nèi)填玻璃絲綿的吸聲筒或板，主要用以吸收250Hz以上的噪聲能量。排氣部分采用消音引射筒加裝特制的消音墻構(gòu)造。觀察間與設(shè)

6、備間通道加裝兩組雙層門構(gòu)成的消音斗室。采用側(cè)面觀察窗構(gòu)造，減小雙層觀察窗面積，采用工業(yè)電視作為輔助觀察手段。增設(shè)傳感器間，廣泛采用電動(dòng)操縱桿，盡量減少由試車間直通觀察間的接收箱，進(jìn)入觀察間的測試及控制電纜均采用全封閉的電橋橋架，并用玻璃絲綿填封電纜橋架或地溝內(nèi)的氣隙，所以被測環(huán)境可以認(rèn)為屬于半混響聲場，應(yīng)該指出要在現(xiàn)有條件下詳細(xì)進(jìn)展試車間、觀察間室內(nèi)聲學(xué)的各種觀測比擬困難，但是利用混響條件下室內(nèi)聲場在很大范圍內(nèi)根本為不變值這一特點(diǎn)，選取適當(dāng)?shù)挠^測點(diǎn)即可方便地求出室內(nèi)噪聲聲壓級(jí)。由于儀器的限制，在距聲源6米的地方安裝了聲級(jí)計(jì)的探頭，進(jìn)展了試車間內(nèi)整體噪聲的測量。除了混響聲場的影響，還要考慮其它聲

7、源的存在而產(chǎn)生的背景噪聲對(duì)測量結(jié)果的影響。背景噪聲的存在對(duì)噪聲測量的影響是:它增加了我們要測量的噪聲。背景噪聲會(huì)影響測量的準(zhǔn)確性，但可以按照圖2進(jìn)展修正。例如測量某發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲，當(dāng)機(jī)器未開動(dòng)時(shí)，測量背景噪聲為76dB，開動(dòng)機(jī)器測得總噪聲級(jí)(包括機(jī)器噪聲和背景噪聲)為83dB，兩者之間相差7dB，查圖曲線，修正值為1dB,于是機(jī)器的噪聲值為82dB.圖2背景噪聲影響的修正比擬粗略的修正方法是:兩者之差為3dB時(shí)，應(yīng)在總噪聲級(jí)中減去3dB;兩者之差為45dB時(shí)，應(yīng)減去2dB;兩者之差為6-9dB時(shí)，應(yīng)減去1dB;當(dāng)兩者之差大于10dB時(shí)，那么背景噪聲的影響可以忽略。事實(shí)上，對(duì)于本次測量的環(huán)境，試車間

8、內(nèi)的試車噪聲遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于本底噪聲10dB以上，所以在試車間內(nèi)的測量可以不考慮本底噪聲的影響。三、P-7發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲實(shí)測數(shù)據(jù)分析本次試車類型為工廠試車，對(duì)額定、慢車這兩個(gè)狀態(tài)進(jìn)展了實(shí)時(shí)監(jiān)測。采樣長度為8192，采樣率為20K，當(dāng)時(shí)的大氣壓力為99.14Pa，大氣溫度為30.根據(jù)空氣動(dòng)力性噪聲的產(chǎn)活力理及氣動(dòng)聲學(xué)，作用于氣體單位體積的廣義力對(duì)空間發(fā)生變化，引起空氣振動(dòng)和壓力變化，從而產(chǎn)生具有偶極子輻射效應(yīng)的旋轉(zhuǎn)離散噪聲。其頻率本質(zhì)上就是在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)空氣質(zhì)點(diǎn)的打擊次數(shù)或氣流的脈動(dòng)次數(shù)，也稱為葉片通道頻率:其中，B為轉(zhuǎn)子葉片數(shù)，n為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，k為諧波數(shù)(1,2,3.)那么轉(zhuǎn)子葉片數(shù)為:被測發(fā)動(dòng)機(jī)葉片

9、數(shù)如下：一級(jí)壓氣機(jī)葉片24片二級(jí)壓氣機(jī)葉片53片三級(jí)壓氣機(jī)葉片51片四級(jí)壓氣機(jī)葉片66片五級(jí)壓氣機(jī)葉片72片P-7發(fā)動(dòng)機(jī)試車間內(nèi)各種狀態(tài)下聲功率譜分析(線性計(jì)權(quán)):1、在額定狀態(tài)下(119dB)，低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為10369r/in，高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為11367r/in。基頻:低壓轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率f1=10369/60=172.8Hz，高壓轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率f2=11367/60=189.5Hz1/2倍頻程:2階諧頻:2f1=345.7Hz,2f2=378.9Hz3階諧頻:3f1=518.5Hz,3f2=568.3Hz4階諧頻:4f1=691.3Hz,4f2=757.8Hz其聲功率譜分析如圖3所示:圖3額定狀態(tài)

10、下聲功率潛分析峰值最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)頻率為f=378.7Hz，是高壓壓氣機(jī)二階諧頻，此頻率對(duì)應(yīng)高壓壓氣機(jī)二階諧波;頻率f=756.8Hz時(shí)，為高壓壓氣機(jī)四階諧頻，此頻率對(duì)應(yīng)高壓壓氣機(jī)四階諧波;當(dāng)f=4109Hz,n=10369r/in，k取1，頻率f=4109Hz處為低壓壓氣機(jī)一級(jí)葉片產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)噪聲。2、在慢車狀態(tài)下(106dB)，即低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為3780r/in，高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為6055r/in，其聲功率譜分析如圖4所示:圖4慢車狀態(tài)下聲功率譜分析渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)最主要的旋轉(zhuǎn)部件是壓氣機(jī)和渦輪。發(fā)動(dòng)機(jī)在經(jīng)過良好的動(dòng)、靜平衡后，旋轉(zhuǎn)可能出現(xiàn)的固體噪聲會(huì)被抑制，但工作葉片高速旋轉(zhuǎn)，加上靜止葉片的影響，造成了發(fā)動(dòng)

11、機(jī)內(nèi)部的紊流和大量渦流，這種在部分概念上的不穩(wěn)定流動(dòng)所產(chǎn)生的劇烈氣體壓力變化，是一個(gè)占顯著地位的氣動(dòng)噪聲源，它僅次于噴氣噪聲。渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)地面試車產(chǎn)生噪聲的最主要聲源為排氣射流噪聲，而排氣噪聲具有寬頻帶特性，聲譜上特征頻率不明顯。但壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離散音那么在聲譜上表現(xiàn)為現(xiàn)狀，較易識(shí)別。此次試驗(yàn)的P一7發(fā)動(dòng)機(jī)在試車間內(nèi)起發(fā)吹風(fēng)狀態(tài)下的背景噪聲為86.4dB,通過對(duì)P一7在額定和慢車這兩個(gè)狀態(tài)下噪聲功率譜分析，可以得到壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)噪聲分量，它具有高頻離散特性，在高頻部分出現(xiàn)的峰值頻率為壓氣機(jī)各級(jí)葉片通過頻率，這部分高頻離散純音主要指壓氣機(jī)葉片產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)噪聲，在低頻部分是寬帶噪聲，主要指噴流噪聲，最大峰值的頻率幾乎都出如今發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)基頻或者諧