[发明专利]一种近场的航空发动机噪声源辨识方法

说明书

本发明属于噪声测量领域，涉及航空发动机噪声源辨识。所述噪声源辨识方法采用小波降噪的方式，对所测信号进行降噪处理，使其符合ICA条件，然后通过ICA(独立分量分析)的线性混合模型，分离出3个独立分量即风扇噪声、核心噪声和喷流噪声，结合振动、脉动等相关信号，进行融合分析，最后辨识噪声源的来源。通过噪声源辨识方法，可获得航空发动机的噪声特点，分离出风扇、喷流和核心噪声，能够辨识出噪声来源部件和噪声源发生、发展情况。

技术领域

本发明属于噪声测量领域，涉及航空发动机噪声源辨识。

背景技术

航空发动机作为飞机的动力装置，直接影响飞机的安全性、可靠性和经济性；作为一款带有战略性质的高端制造产品，更是直接反映一个国家科技、工业和国防的整体实力。然而，作为飞机的“心脏”，航空发动机所追求的高转速(高压转子转速超过14000rpm)、高涡轮前温度(高压涡轮前温度可达2000K)、高推重比(推重比达10)目标，使得发动机长时间处于非常恶劣的工作环境下，故障问题难以避免。而这些故障信号往往以噪声和振动最为明显。同时噪声作为现代民机设计的关键技术指标，声学设计和噪声测试贯穿于飞机发动机设计的整个流程，只有对发动机的噪声源进行正确的辨识，才能够在降噪、故障诊断上有突破。目前国内外对于航空发动机噪声源辨识主要分为两类：一类是基于发动机不同部件噪声的时域信号的相关性或频域信号的相干性，使用若干传声器测量噪声数据，利用信号处理的方法，分离不同部件的噪声。另一类是使用传声器阵列测量噪声数据，利用波束形成或声源成像反卷积等算法处理数据，从而实现对发动机各部件噪声识别和分离，这两种方法都是在户外试车台和静音室下进行，目前没有在近场上进行噪声源辨识的方法。

发明专利内容

本发明的目的是：提供了一种近场航空发动机噪声源辨识，测量方法简单，定位准确。

本发明的技术方案是：一种近场航空发动机噪声源辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、利用外部4个以上声压传感器布置的线性声阵列获取航空发动机噪声信号；

步骤二、对获取信号采用小波降噪的方式进行降噪处理，进行ICA分解，使其符合ICA条件；

步骤三、通过ICA独立分量分析的线性混合模型，分离出3个独立分量即风扇噪声、核心噪声和喷流噪声；

步骤四、结合振动、脉动等信号，进行相干分析和小波分解分析，辨识噪声源的来源，噪声源发展的时间及演化过程。

步骤一所述声压传感器声压信号的采样率为200kHz,抗混叠带宽30kHz。

步骤一所述声压传感器的布置原则为：既能获取源噪声的声源特性，又要尽可能避免气流冲击，同时测点距发动机的距离大于发动机的最大直径，沿发动机的轴向位置根据发动机不同部件位置布置传感器。

步骤二所述小波降噪具体实现为：将含噪声的小波系数去掉，保留并增强属于信号的小波系数，然后用小波逆变换恢复原信号，根据关注信号的大小进行滤波分析。

步骤三所述ICA分解具体实现为：首先进行信号判断，是否满足非高斯分布的条件，然后对信号进行去均值，球化，然后迭代计算，判断是否收敛。

步骤四所述相干分析和小波分解具体实现为：外部噪声信号与发动机的振动、脉动信号进行相干分析,根据结果判断噪声是否主要由该部件产生,从而得出各个声源对总噪声信号的贡献，辨识噪声来源，然后对噪声源信号进行小波分解分析，分解层次由关注频率确定，辨识噪声发生及发展过程。

本发明的有益效果是：本噪声源辨识方法能够应用于普通试验台架上的航空发动机噪声分离，对于分离异常噪声信号是一种有效的方法；基于多信号的相干分析可以对发动机内部噪声进行辨识，可以对发动机试验中的异常噪声源进行分析、对发动机内部声腔设计、降噪方面等提供技术支持。