基于二级声辐射模型的地面声场高效预测方法

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1、2016年11月第42卷第11期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsNovember2016V01．42No．1lhttp：÷}bhxb．buaa．edu．enjbuaa@buaa．edu．enDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2015．0756基于二级声辐射模型的地面声场高效预测方法王菲，史勇杰8，徐国华(南京航空航天大学直升机旋翼动力学国家级重点实验室，南京210016)摘要：建立了可用于直升机运动状态下噪声传播特性分析的高效地面声场预测方法。该方法包括计算旋翼气动、噪

2、声的自由尾迹方法和时域Fw—H方程；计入大气、地面等环境因素的声传播模型及地面声场计算模型；为提高计算效率，在声源计算与噪声传播之间引入基于“紧致球声源”的二级声辐射模型；在此基础上，还提出了通过建立“特征参数声辐射球库”以实现直升机运动状态下噪声实时预测的方法。以AH-1旋翼为算例，通过与地面声场直接计算法对比，说明了方法的有效性及高效性；此外，文中还分析了大气、地面等环境因素对噪声传播以及地面声场特性的影响。关键词：噪声；旋翼；二级声辐射球；大气吸声；地面吸声、反射中图分类号：V211．52文献标识码：A文章编号：1001—5965(2016)11-2445-09随着直升机的广泛应

3、用，直升机噪声大的缺点越来越引起人们的重视。对于军用直升机，噪声大使其过早地暴露目标，与其隐身要求相悖；对于民用直升机，由于常在人口稠密的地区起飞着陆以及低空慢速飞行，噪声污染已成为公害之一。旋翼气动噪声是直升机的主要噪声源，国内外在此方面已开展了很多研究工作。然而这些研究主要集中在旋翼气动噪声分析方法建模¨。21、发声机理¨4。、声学特性以及设计降噪¨。7。等方面，对于直升机飞行过程噪声的预测及其地面声场特性的研究则开展较少。一般而言，地面噪声预测分为噪声源计算、噪声传播及地面噪声合成等部分¨j。若采用直接计算法，需要计算旋翼旋转一周内桨叶上所有辐射点对地面观测点的噪声。当观测点数目

4、较多时，计算将非常耗时。这对于实时分析直升机运动过程中的动态声场特性显然是不现实的。20世纪80年代，Boxwell等¨。开展了飞行参数对旋翼气动噪声的影响研究，并对旋翼噪声进行了参数化表达。基于此，Fleming∽。和Conner。Jo]等开展了基于试验测量的直升机噪声实时预测方法研究。首先由外场测量不同飞行状态下的地面声场数据；通过噪声逆向传播技术，将地面声场映射形成声辐射球；建立关于飞行参数的声辐射球库，当计算直升机某一飞行过程中地面声场时，根据状态参数插值获取相应的声辐射球，再将其传播至地面。根据上述研究，目前NASA已经发展形成了直升机噪声实时分析系统——RotorNoise

5、Model(RNM)㈨。虽然实飞测量可以获得更丰富直升机噪声数据，但是也存在技术难度大、代价高等缺点。为此，本文借鉴RNM思想，建立基于数值计算的直升机噪声地面声场实时预测方法：其中声辐射球采用自由尾迹／Fw-H方程进行求解；引入大气、地面等环境因素对噪声传播特性的影响噪声传播模型。以AH．I／OLS试验旋翼为算例，分析验证收稿日期：2015-11-17；录用日期：2016-02-29；网络出版时间：2016-04—1315：23网络出版地址：WWW．cnki．net／kems／detail／11．2625．V．20160413．1523．003．html基金项目：国家自然科学基金(1

6、1302103){通讯作者：Tel．：025-84892117E-mail：shiyongjie@nuaa．edu．enBl用格式：i菲，史勇杰，徐国华．基f二级声辐射模型的地面声场高效预测方法【)3．北京航空航天大学学报．2016．42(11)2445-2453．WANGF，SHIYJ，XUGH．EfticientgroundnoisepredictionmethodbasedonsecondarynoiseradiationmodelfJJJournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2016，42(J1)：2445-

7、2453(inChinese)．北京航空航天大学学报2016年了方法的有效性。1计算方法图1是本文建立的方法与直接地面噪声预测方法的对比。地面声场的计算包括旋翼气动／噪声预测、声传播(包含环境因素对噪声传播特性影响)、地面声场合成等。本文在①、②过程间加入了声辐射球，由二级声辐射球来传递旋翼的噪声信息，南此建立了高效的地面声场预测方法。．降l12利’地面1ll荣j：一J蜘"10，J‘法×、J_比卜'igCompatiHI}nllPlⅥPt·11