《複雜氣動噪聲源的波束形成原理與方法研究》是依託上海交通大學，由蔣偉康擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：複雜氣動噪聲源的波束形成原理與方法研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：蔣偉康
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對氣動噪聲源分析與控制的需求，研究波束形成新原理和方法，用於分析由單極子、偶極子和四極子三類典型聲源組合而成的複雜氣動噪聲源，以及運動中的氣動噪聲源。首先研究基於傳聲器陣列測量，分別反演偶、四極子源的原理，建立針對單一類型氣動聲源的波束形成新方法，實現任意數量、位置、源強和指向性的偶、四極子聲源的聲成像。進而反演由單、偶和四極子組成的複雜聲源的新原理，建立相應的波束形成方法，實現聲成像。很多氣動噪聲源是高速運動聲源，擬進一步研究從陣列信號中解耦運動中的偶、四極子聲源都卜勒效應的原理和方法，發展適用於運動氣動聲源聲成像的波束形成方法，實現高速運動的氣動聲源的聲成像。分別在消聲室和壓氣機試驗台全消聲室中實驗研究，驗證上述原理和方法。套用本課題成果，可形成實驗分析氣動噪聲源的新技術，用於獲取氣動聲源位置、頻率、類型、源強等信息，也可用於實驗驗證氣動噪聲理論研究和數值計算的結果。
結題摘要
本課題以氣動噪聲的測試方法目標，進行了系統而深入的研究，主要內容如下：（1）研究了靜止及旋轉運動氣動聲源的聲源定位方法的特點，包括指向性聲源的定位，不同運動模式的聲源定位，風洞測試複雜背景噪聲下的聲源信號提取等問題。發現，經典波束形成方法是基於單極子聲源模型的，不適用於包含偶極子和四極子聲源的氣動噪聲，在聲成像中會得到錯誤的成像結果，無法實現氣動聲源定位；現有的波束形成也無法實現對轉等多種聲源運動模式下的聲成像。（2）基於最大輸出原則，提出了偶極子聲源的波束形成新理論和新方法，能夠在偶極子聲源的位置和軸線方向兩個重要參數均未知的情況下，獲得波束形成聲成像，實現偶極子聲源的準確定位。相比比傳統波束形成，最大誤差從15%降低到6%以下，並能一定條件下準確識別聲源類型。（3）提出了多極子聲源的波束形成方法，通過在互譜矩陣中去除聲源指向性對不同陣列採集到的信號相位差的影響，實現了單極子、偶極子和四極子聲源的波束形成聲源定位。（4）根據旋轉葉片氣動偶極子聲源的特點，提出了旋轉偶極子聲源的軸線方向時變模型，建立旋轉偶極子聲源的波束形成新理論，突破了旋轉聲源波束形成要求陣列中心軸線必須與旋轉聲源同軸的限制，實現任意方向、位置的旋轉偶極子聲源聲成像，極大地拓展了波束形成在風扇、旋翼噪聲定位中的套用場景。（5）提出了針對多種運動模式的旋轉聲源波束形成的新理論和新方法，能夠去除不同運動模式聲源的相互影響，實現正轉、反轉和靜止聲源的波束形成聲成像.（6）針對風洞試驗中存在強幹擾的複雜背景噪聲測量條件，提出了部分相干背景噪聲下的波束形成方法。將陣列採集到的聲源和背景噪聲信號成分描述為矩陣的低秩和稀疏特徵，並利用最佳化方法實現二者分離。利用分離出的聲源信號成分進行波束形成，可以在強幹擾的測量條件下實現更高的波束形成信噪比輸出。（7）設計並建成了多台試驗台架，包括：小尺寸偶極子音箱、旋轉聲源試驗台，小型旋翼試驗台。按照從簡單到複雜，從靜止到運動，從可控聲源到不可控聲源，從標準聲源到氣動聲源的不斷深入，進行了一系列的驗證試驗，驗證了提出的理論和方法正確性。
