[发明专利]一种测量声衬声阻抗的镜像多模态直接提取方法

说明书

本发明公开了一种测量声衬声阻抗的镜像多模态直接提取方法，涉及声衬声阻抗测量技术领域。所述方法是将折线阵列麦克风布置于声衬对侧壁用以同时采集声场的轴向和横向声场信息，使用多模态Prony算法实现三维多模态声场的全模态分解，还引入信赖域方法求解方程组，最终解析地提取声衬声阻抗。如此不但可以显著提高阵列的横向间距，获得更多声场信息，以便更好地区分横向模态，使声阻抗提取的精度显著提高，还可以打破NASA法3kHz频率上限，大幅提高三维多模态气动声场下的声阻抗提取频率，解决了高达近10kHz下的提取难题。

技术领域

本发明属于声衬声阻抗测量技术领域，具体涉及一种测量声衬声阻抗的镜像多模态直接提取方法。

背景技术

航空发动机噪声在飞机中占比最高，而声衬又占到其降噪量的一半以上，尤为关键。最新的国际民航噪声适航标准进一步降低了7dB之多，航发降噪空间在未来却还将大幅压缩，这些因素极大增加了声衬降噪难度，使国产大飞机和航空发动机的噪声适航取证之路困难重重。

当代航空涡扇发动机的风扇噪声具有非常宽的频带范围，主要分布在0.5～5.0kHz，而且具有复杂的模态成分和超高声强。它的控制给声衬设计提出了巨大的挑战，同时也迫切需要在实验中提取声阻抗的计算方法。与传统的不考虑掠流的阻抗管法和要求破坏性安装的原位双传声器方法不同，声阻抗提取是在气动声学环境下测量管内声场分布并据此提取目标声衬的实际声阻抗的技术，从而在声衬进入实际使用环节前，校验它是否实现了声阻抗优化阶段所设计的最优声阻抗。宽频噪声控制在这个方面提出了一个紧迫的需求——实现覆盖风扇噪声主要频率范围的声阻抗提取技术。

目前，在已有的声阻抗提取方法中，有两类方法有潜力实现上述需求：目标函数方法(Objective Function Method，OFM)和直接提取方法(Straightforward Method，SFM)。

所述目标函数方法由NASA(National Aeronautics and Space Administration，美国航空航天局)的Langley研究中心于1980年代发展。该方法在最小化目标函数的过程中，迭代地搜索声衬声阻抗，其中，目标函数定义为测量和模拟声场物理量之间的残差。在这个过程中，需要使用数值方法进行全声场模拟迭代。当流管刚壁段内只有平面波入射时，所需的二维数值模拟的计算量已经比较可观。当横向高阶模态出现时，声衬宽度方向的声场也是不均匀的，三维数值模拟不可避免，其计算负担在工程上是不切实际的。其次，模拟中边界条件需要由实验测量，也使该方法变得更加困难且可能引入更大的误差。Watson等曾使用可控声源阵列产生的主控横向高阶模态下实施了这样的声阻抗提取实验。Buot del’等曾提出了一种基于Bayesian方法的OFM方法；Troian等曾发展了一种时域的OFM方法，他们的方法都能在多个横向模态下实施。这些研究表明，OFM方法在三维声场下是可行的。然而，这些研究要么不能将提取频率提高到目标水平，要么不能解决模拟迭代中所面临的计算负担问题。在后一种情况下，实际提取仍需作平面入射波假设，因而实际上设定了一个与管道截面几何相关的提取频率上限，例如，NASALangley研究中心的典型小尺寸掠入射管GIT(Grazing IncidenceTube)的频率上限约为3.0kHz。总的来说，OFM方法仍然不能很好地满足覆盖风扇噪声主要频率范围的提取需求。