[发明专利]一种旋翼飞行器的全局主动降噪方法

说明书

本发明公开了一种旋翼飞行器的全局主动降噪方法，包括：旋翼测量点处噪声声压信号的采集、旋翼噪声声全息声场预测、旋翼噪声反向声场重构和基于最优相位搜索的自适应声场调节；相对于现有的被动与主动降噪方法，基于声全息与声场重构的全局主动降噪方法无需改变旋翼翼型或引入复杂的机械结构，仅需在机体周围布置若干测量装置和次级声源，避免了系统复杂度与成本代价的增加，该方法具有更高的实用价值与降噪效果；另外，相对于基于自适应滤波算法的传统旋翼噪声有限点处局部降噪，基于声全息和声场重构的降噪方法一致性更优，能够实现真正的旋翼全局降噪。

技术领域

本发明涉及旋翼气动噪声领域，具体涉及一种基于声全息和声场重构的全局主动降噪方法。

背景技术

旋翼飞行器能够垂直起降、低空飞行，特有的飞行优势使其在军事和民用领域都得到了广泛应用，并将成为未来城市空中交通的主要载运工具。旋翼飞行器的任务定位包括但不限于战场投放、航拍物探、客运服务(如空中出租车)、紧急救护、货运服务、智慧城市管理、空中媒体等。但飞行器的旋翼与空气相互作用而产生的气动噪声，不仅严重影响了飞行器的军事隐蔽性与可探测性，而且会产生较大的环境噪声污染与社区干扰。旋翼所辐射出的气动噪声逐渐成为限制其发展和应用的关键因素，探索旋翼噪声的有效控制方法具有重要的科学意义与应用价值。

旋翼气动噪声的控制方法主要分为被动降噪和主动降噪两种方法。被动降噪方法包括旋翼优化设计，如优化桨叶外形设计(如调整翼型分布、桨尖后掠、桨叶尖削等)，该类被动设计方法虽可在一定程度上降低旋翼噪声，但往往会使得旋翼的输出功率和推力下降，影响旋翼气动性能。为兼顾飞行器气动性能与噪声抑制，被动降噪类方法的效果通常较为有限，且存在飞行状态的适应性问题。目前，主动噪声控制技术理论和试验方面的研究主要集中在旋翼桨-涡干扰噪声的控制，包括高阶谐波控制、单片桨叶控制、主动扭转旋翼和主动后缘小翼等方面。需要指出的是，该类主动噪声控制方法均需在已有旋翼系统上引入复杂的机械结构或外部激励，将进一步增加旋翼系统的复杂程度，进而影响旋翼的可靠性与安全性。

总体来说，现有旋翼噪声主动控制方法的实用性和可行性不高，难以有效解决旋翼气动噪声的抑制问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种能够实现旋翼全局噪声的自适应有效控制的全局主动降噪方法。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种旋翼飞行器的全局主动降噪方法，包括以下步骤：

通过测量装置测量旋翼飞行器的噪声；

以所述噪声的声压信号为输入，利用傅里叶声学分析方法与声压边界条件，得到旋翼旋转区域外噪声解的函数表达形式；

根据声全息方法构建声学模态系数与测量装置阵列声压信号的关系函数，提取最优声学模态系数，预测旋翼噪声声全息声场；

根据所述旋翼噪声声全息预测声场，利用声场重构方法分析所要重构的目标声场；

以所述最优声学模态系数为输入，利用声模态匹配关系，提取单极子声源群的控制信号；

利用自适应最优相位搜索方法对所述单级子声源群控制信号的在线调节，从而对旋翼噪声的全局主动降噪与自适应控制。

进一步的，所述以所述噪声的声压信号为输入，利用傅里叶声学分析方法与声压边界条件，得到旋翼旋转区域外噪声解的函数表达形式，进一步包括：

当旋翼桨尖速度小于音速时，旋翼噪声方程可简化为式(1)，旋翼旋转区域外噪声满足无源齐次波动方程式(2)，引入傅里叶变换进行推导；