LabVIEW定位飞机的噪声源

研究客机上的噪声源

为了能开发出更为安静的客机，我们必须定位所有的噪声源，以加强我们对噪音生成原理的认识。在开发一架飞机时，我们可以通过数值分析和模型测试yu测噪音等级。然而，实际飞机噪音的属性和特性只能在实际飞行测试中才能获得。利用声音波束成形技术来定位噪音源是一种有效可行的方法。波束成形是一种使用定位噪声源的方法，同时能获得噪声源的振幅。

相位麦克风阵列的测量

相位阵列包含了许多麦克风，分布在一个大直径的范围上。利用噪声源的声波到达每个麦克风时间的微小差别，我们可以估算出每个噪声源的位置和强度。在这个测试中，我们设计了相位阵列来辨识飞行于120米高度的飞机上两个相距4米的1kHz音频信号。这个相控阵列包含了99个麦克风，分布在一个直径30米的圆形区域上。

飞行中的噪声源定位测试必须包括飞机发动机状态; 声觉测量，以及飞机飞过相位阵列时的位置、高度和速度。因为飞机产生的噪音在传输到地面麦克风的过程中会被大气削弱，因此我们还需要记录气象数据，例如风向、速度、温度和湿度。

图1：跑道上的相位阵列和线扫描摄像机

图2：相位麦克风阵列

图3：线扫描摄像机

系统主要的一个特性是能对声音和飞行参数进行同步测量。我们将两台线扫描摄像机与地面上的相位阵列放置在一起，从而完成了这个测试。如图1所示，这两台摄像机分别直立在飞机飞行方向的两个侧边。摄像机能捕捉经过飞机的同步图像，并提供3D信息以便于我们分析飞机飞行速度和高度。另一台电脑通过获取的声音数据同步进行噪声定位处理。这些数据会在飞机飞过相位阵列后很快进行结合，从而将噪声源地图叠加显示在飞机图像上。

测量系统

北京瀚文网星科技有限责任公司选用了NI PXI系统及大量的模块来达到紧凑系统的要求。我们的系统包含了一个嵌入式控制器和一个NI 8260， 一个4驱动、可插入机箱型、高速数据储存模块。LabVIEW、NI视觉开发模块和NI声音与振动测量套件为我们的方案开发提供了有效的工具。系统能进行快速设置、数据记录、实时监测和数据浏览。我们将其装载在移动平台上以获得更好的便携性。

NI PXI-4498动态信号采集模块通过集成电路式压电（IEPE）调理为麦克风提供电能，并能够同时采集高分辨率的数据。由于每个模块可以处理16个通道，7个模块可以同时对112个通道进行采样，并且还具备了进一步扩展的空间。

NI PXI-1428图像采集模块可以利用线扫描摄像机进行线扫描数字成像。我们使用NI视觉开发模块开发的应用程序将自动处理这些被采集的图像。此外，NI PXI-6682H定时和同步模块可以通过GPS进行同步来对数据进行时间标识，并能对飞机中的噪音和地面上的噪音进行协调处理。

图4：我们将PXI测量系统放在一个平板车上，从而使得系统能够更加接近麦克风阵列。

图5：MU-300 Diamond商务机

。图6展示了飞机在降落设置时1000Hz和2000Hz的噪声定位图结果。对于1000Hz噪声，我们确定了更高振幅（红色表示）的噪声源是在主起落架附近，靠近襟翼的外边缘和发动机喷管的地方。对于2000Hz噪声，我们发现噪声源靠近发动机喷管，主起落架和前起落架，但不会出现在襟翼的外边缘处。通过这个测试，我们展示了对飞行中飞机的多个噪声源进行定位的技术。

我们会继续提高噪声源定位技术的度，并开发更深入的噪声源属性评估，如噪声光谱。

图6：显示飞机处于降落设置（放下襟翼，放下起落架，发动机怠速，高度60米，飞行速度60米/秒，水平飞行）时，在1000Hz和2000Hz时的噪声源