直升机舱内噪声主动控制技术研究.pdf

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1、直升机舱内噪声主动控制技术研究陆洋，马逊军，王风娇(南京航空航天大学旋翼动力学国家级重点实验室，南京210016)【摘要】随着社会的发展和科学技术的进步，驾乘人员对直升机的舒适性提出了更高的要求，该要求使舒适性成为直升机产品竞争性的要素之一。而将直升机舱内振动与噪声保持在较低的水平则是满足舒适性的重要条件。本文针对直升机舱内噪声主动控制的研究进展进行了概述。首先简要介绍了直升机舱内噪声的产生与频谱特征，以及常见的噪声控制方法；之后针对主动噪声控制进行了分类，分别按照主动消声控制技术和主动结构声振控制技术进行了归纳总结，并讨论了所采用主动控制律的发展趋

2、势；最后对直升机舱内噪声主动控制的发展进行了展望。关键词：直升机；舱内噪声；主动消声；主动结构声振控帝l；控制律DOI：10．16080／j．issnl671—833x．2016．08．038陆洋副教授．主要研究方向为新概念电控旋翼系统、直升机振动及噪声的主动控制．旋翼飞行器设计。主持国家自然科学基金、国家自然科学青年基金、国防973项目专题、航空基金．武器装备预研基金各类横向课题等20余项。在scl、E1．重要核心期刊及国际、国内学术会议上发表学术论文50余篇；获国家发明专利授权5项；曾获教育部科技进步一等奖1项。国防科技进步二等奖．三等奖各1项．

3、中航工业科技进步三等奖1项。38航空制造技术·2016年第8期直升机舱内噪声特征与控制方法多年来，直升机舱内噪声一直是令人困扰的问题。直升机飞行时，整个动力传动系统包括旋翼【11、尾桨【2】、发动机pl、传动齿轮及附属组件【41都向直升机舱内辐射及传递噪声，使驾乘人员和直升机各组件始终处在复杂且恶劣的噪声环境之中。强噪声不仅危害驾乘人员身体健康，影响工作效率，其诱发的结构振动与声疲劳还可能严重影响直升机的安全性瞪]。据有关标准，一般民用飞机舱内噪声均以不超过85dB为设计指标。国外多型直升机经舱内降噪改装设计和处理后，平均噪声水平已降低到90dB以下

4、f6】。而现场测试数据显示，我国某型民用直升．机舱内噪声级在110～120dB【7。8】。因此，必须采取一定的手段来降低直升机的舱内噪声水平，这也成为我国直升机研制工作中最为关键的技术问题之一。从频率角度分析，直升机舱内噪声主要由旋翼产生的低频气动噪声、减速器内部齿轮啮合产生的中高频结构声和宽带背景噪声组成[91。图l为s一76直升机舱内噪声频谱图rio]。该直升机舱内噪声频谱是在宽带谱的基础上叠加一系列离散谱。这些线谱噪声严重影响驾乘人员的舒适度，也是各类噪声控制技术的主要目标。常见的噪声控制技术可分为被动控制和主动控制。用于直升机舱内降噪时，被动

5、控制技术对中低频噪声的控制能力差、系统尺寸和质量较大、增加燃油消耗，影响了直升机整体性能，同时不能适应直升机旋翼转速的变化，降噪效果远达不到用户的要求【l”。为了取得更好的降噪效果，需要一种新的降噪方法。这种方法应能够对中低频噪声取得很好的降噪效果；系统质量轻，通常不需要对直升机的现有结构作出大的修改；通过与传统降噪措施相结合，在中低图1S一76直升机舱内噪声频谱Fig．1InteriornoisespectrumofaS-76helicopter频和高频段都能较好地抑制噪声。直升机主动噪声控制技术便在这种需求下成为新的研究热点，也是未来最有前途的实

6、现舱内噪声整体控制的解决方案”21。本文即针对直升机舱内噪声主动控制技术中的主要问题进行讨论，包括主动噪声控制方法的形成与发展，主动控制应用于直升机舱内噪声控制的技术分类，已取得的舱内噪声控制效果和所采用的主动控制律等，为我国直升机舱内噪声控制提供一定的参考。主动噪声控制技术尽管直升机舱内噪声主动控制是近30年来的一项新兴技术，但它与主动噪声控制(ActiveNoiseControl，ANC)有着深厚的技术渊源，或者说直升机舱内噪声主动控制是主动噪声控制技术在直升机舱室的应用与发展。ANC思想的产生可以追溯到20世纪30年代。具体到一个数字化的主动噪

7、声控制系统，其基本思想是通过控制器和数据采集系统对声场进行跟踪并实时产生与原始声源幅值相等、相位相反的次级声源来抑制和消除噪声。在1936年美国公布的一份富有远见的专利书中，德国工程师Lueg[131阐述了上述思想(见图2oOlson和May【14】则共同提出了另一种ANC系统。随后，Kido和ChaDlin【15。161开始探索数字信号处理技术及设备在主动噪声控制方面的应用，由此奠定了现代前馈主动噪声控制技术的基础。随着高速数字信号处理器件的快速发展，WidrowIl¨提出了自适应滤波理论，并将其应用于有源噪声控制。经过不断发展，产生了以滤波最小均

8、方(Filtered—xLeastMeanSquare，Fx—LMS)算法为代表的经典算法。此后，ANC技术