基于麦克风阵列测量的飞机机翼噪声源研究

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1、西北工业大学博士学位论文基于麦克风阵列测量的飞机机翼噪声源研究姓名：乔渭阳申请学位级别：博士专业：航空宇航推进理论与工程指导教师：唐狄毅1999.12.1西北工业大学博上论文摘要本论文研究当代民用客机机翼上的两个重要噪声源一一襟翼侧缘噪声和尾迹涡噪声。／(对襟翼侧缘噪声的研究已经有了近二十年的历史，但是到目前为止，仍然没有完全弄清这种噪声源的辐射机理，没有建立起满意的襟翼侧缘噪声预测模型，更没有得到可靠的襟翼侧缘噪声抑制方法，事实上，对实际机翼襟翼侧缘噪声的频谱特征、指向特征和声级变化特征目前还不清楚。尾迹涡噪声源在飞机进场着陆过程中的重要性则是直到1998年才由Michel首次注意到，这是新

2、发现的重要的飞机机体噪声源，目前只有Michel给出了～个对这种噪声源的机理猜测，关于这种声源的声场特征、声级变化特点、以及它的辐射机制和声场预测等还没有任何进一步的研究。本论文的目的就是通过实验和理论的方法深入的研究上述两个重要声源，揭示这两个声源声场的基本特征、建立声场的理论模拟方法，并弄清其噪声源的辐射机理。本论文应用平面麦克风阵列对飞机进场着陆过程中噪声源测量的方法，实验分析襟翼侧缘噪声和尾迹涡噪声源，获得其噪声场的基本特征。平面麦克风阵列测量技术是近年来在国际上逐渐兴起的研究飞机机体噪声的重要方法，应用平面麦克风阵列测量飞机的飞行噪声，可以分辨出飞机机体上的各个重要的噪声源，获得各个

3、声源的噪声辐射场特征，而且应用这种方法可直接对在飞行条件下的真实的飞机机体结构的噪声场进行测量和分析。对襟翼侧缘噪声源和尾迹涡噪声源的理论研究，本论文则采用了目前在气动声学领域广泛应用的声类比理论。通过本文的实验和理论研究工作，成功地获得了真实飞机机翼结构和真实飞行条件下襟翼侧缘噪声场和尾迹涡噪声场的详细特征，包括它们的频谱特征、指向特征和声级变化特征等，对这两个噪声源声场辐射的物理过程有了进一步的理解，并应用气动声学基本理论对这两个噪声源进行了理论分析。对襟翼侧缘噪声的研究表明，襟翼侧缘噪声的频谱是一个宽频噪声谱，但是，在有的飞机的襟翼侧缘噪声谱中会出现明显的单音噪声。襟翼侧缘宽频噪声在28

4、0HZ到3500HZ频率范围的总声压级没有明显的指向性。本文的结果表明襟翼侧缘宽频噪声主要是由于湍流脉动在襟翼侧缘处形成的非定常通量产生的。一个意想不到的结果是，在襟翼侧缘噪声谱中发现了两种不同性质的单音噪声，一种是典型的后缘噪声源，而另～种单音噪声源具有与上述单音相反的指向性。本文的研究结果还表明，飞机襟翼侧缘噪声辐射主要是由襟翼侧缘处的局部的流场特征所决定的，襟翼侧缘噪声级与飞机的大小和襟翼的总面积没有直接的关联关系，为了降低襟翼侧缘噪声，必须对襟翼侧缘处局部的流西北工业大学博上论文场进行深入的分析和研究。对尾迹涡噪声源的研究表明，这种噪声源是一种典型的单音噪声源，它位于襟翼侧缘外侧的机翼

5、上。声源的频率是随着飞行速度的增加而增加。声源的指向特征是，从声源辐射场的前弧区到辐射场的后弧区，尾迹涡噪声的声压级是逐渐减小的。在对实验结果分析的基础上∥本论文提出了一个计算尾迹涡噪声的理论方法，从气动声学基本方程出发，通过把Howe的后缘噪声模型与经典的机翼尾迹脱落涡模型进行耦合，成功地对机翼尾迹涡噪声的频率变化、声级大小和指向性等进行了计算，计算结果与实验结果的比较有满意的一致性。关键词：襟翼侧缘噪声，尾迹涡噪声，机体噪声，飞机噪声，气动声学，声类比理论，麦克风阵列测量，飞机过顶噪声测鄯噪声测量，阵列信号处理————一一垒!!：竺!!竺!：!!!!!!!!!竺!!!墨!!!!!!型旦!!

6、!!!!!堡Astudy011thewingnoisesourcesbasedonthefly—overmeasurementswithamicrophonearrayAbstractByQiaoWeiyangThisdissertationisconcernedwitlltwoimportantnoisesources，flapside—edgenoisesourceandwake—vortexnoisesom'ce，onthemodemcommercialaircraftwing．Thestudyofflapside—edgenoisecanbetracedto1979．Butevenno

7、w．reasonableunderstandingofnoiseemissionmechanism，detailedandreliablenoisepredictionschemesandsuppressionmethodologywerenotobtained．Theimportanceofthewake—vortexnoisesourceonlandingaircraftwingwasfirs