關(guān)于航空發(fā)動機試車臺噪聲的聲功率譜技術(shù)研究

一、噪聲信號分析

聲波與振動緊密相關(guān)，任何機械振動都會激發(fā)周圍既有彈性又有慣性的空氣做疏或密交變的壓縮波向外傳播，形成聲波。人耳接收到這種空氣壓力的擾動，由聽覺神經(jīng)傳至大腦使人聽到的聲波稱為聲音。人耳聽覺范圍為20Hz～20KHz，低于20Hz的聲波叫次聲，高于20KHz的聲波叫超聲。

人耳對聲音有很高的靈敏度和極大的動態(tài)范圍。從聽覺心理上講，人們可以把不想要的聲音都列為噪聲。它與聽者的主觀要求密切相關(guān)。比如舞者可以把一首歌視為樂音，而想要入睡的人可能認為這是一種噪聲。因此噪聲與聲波本身的特性并沒有必然的關(guān)系。

二、發(fā)動機試車噪聲分析

試驗與研究中采用的測量分析系統(tǒng)主要由NI-DAQ6024E采集卡、日本RION公司生產(chǎn)的NI-60型聲級計和計算機組成該系統(tǒng)。由于風吹到傳聲器上時，傳聲器膜片上壓力會產(chǎn)生變化，從而引起風噪聲。為了降低風噪聲的影響，選用一種用多孔尼龍細網(wǎng)做成的風罩，將風罩套在電容傳聲器頭上，就可以大大衰減風噪聲，而對于聲音卻無衰減，從而提高了在有風環(huán)境下測量的準確性。

在實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集過程中，采用NI一DAQ6024E便攜式采集卡，這款采集卡最大采樣率可達200kS/s，輸入電壓為±0.05V到±10V，采集速度快，滿足噪聲采樣的要求且體積很小，可以直接插入筆記本電腦中，將聲級計與計算機方便的聯(lián)系起來，對于實地采集非常有利。

在實際測量中，將聲級計前端探頭和后邊的數(shù)字顯示表用30米的延長線連接，使和計算機連接的顯示表部分與試驗人員一起，而讓前端的探頭在延長線的移動范圍內(nèi)活動，這樣不僅利于室內(nèi)的安裝也利于室外噪聲的移動測量。

除了混響聲場的影響，還要考慮其它聲源的存在而產(chǎn)生的背景噪聲對測量結(jié)果的影響。背景噪聲的存在對噪聲測量的影響是：它增加了我們要測量的噪聲。背景噪聲會影響測量的準確性。例如測量某發(fā)動機噪聲，當機器未開動時，測量背景噪聲為76dB，開動機器測得總噪聲級（包括機器噪聲和背景噪聲）為83dB，兩者之間相差7dB，查圖曲線，修正值為1dB，于是機器的噪聲值為82dB。

比較粗略的修正方法是：兩者之差為3dB時，應(yīng)在總噪聲級中減去3dB；兩者之差為4～5 dB時，應(yīng)減去2 dB；兩者之差為6-～-9dB時，應(yīng)減去1 dB；當兩者之差大于10 dB時，則背景噪聲的影響可以忽略。事實上，對于本次測量的環(huán)境，試車間內(nèi)的試車噪聲遠遠大于本底噪聲10dB以上，所以在試車間內(nèi)的測量可以不考慮本底噪聲的影響。

三、WP-7發(fā)動機噪聲實測數(shù)據(jù)分析

本次試車類型為工廠試車，對額定、慢車這兩個狀態(tài)進行了實時監(jiān)測。采樣長度為8192，采樣率為20K，當時的大氣壓力為99.14Pa，大氣溫度為30℃。

根據(jù)空氣動力性噪聲的產(chǎn)生機理及氣動聲學(xué)，作用于氣體單位體積的廣義力對空間發(fā)生變化，引起空氣振動和壓力變化，從而產(chǎn)生具有偶極子輻射效應(yīng)的旋轉(zhuǎn)離散噪聲。其頻率實質(zhì)上就是在單位時間內(nèi)對空氣質(zhì)點的打擊次數(shù)或氣流的脈動次數(shù)，也稱為葉片通道頻率：

其中，B為轉(zhuǎn)子葉片數(shù)，n為發(fā)動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，k為諧波數(shù)（1， 2， 3。。。）

則轉(zhuǎn)子葉片數(shù)為：

被測發(fā)動機葉片數(shù)如下：

一級壓氣機葉片24片

二級壓氣機葉片53片

三級壓氣機葉片51片

四級壓氣機葉片66片

五級壓氣機葉片72片

WP-7發(fā)動機試車間內(nèi)各種狀態(tài)下聲功率譜分析（線性計權(quán)）：

1、在額定狀態(tài)下（119dB ），低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為10369r/min，高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為11367r/min。

基頻：低壓轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率f1=10369/60=172.8Hz，

高壓轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率f2=11367/60= 189.5Hz

1/ 2倍頻程：

2階諧頻：2f1=345.7 Hz， 2f2=378.9 Hz

3階諧頻：3f1=518.5 Hz， 3f2=568.3Hz

4階諧頻：4f1=691.3 Hz， 4f2=757.8 Hz

峰值最高點對應(yīng)頻率為f=378.7Hz，是高壓壓氣機二階諧頻，此頻率對應(yīng)高壓壓氣機二階諧波；頻率f=756.8Hz時，為高壓壓氣機四階諧頻，此頻率對應(yīng)高壓壓氣機四階諧波；當f = 4109Hz，n=10369r/min，k取1，頻率f=4109Hz處為低壓壓氣機一級葉片產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)噪聲。

2、在慢車狀態(tài)下（106dB ），即低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為3780r/min，高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為6055r/min.渦噴發(fā)動機最主要的旋轉(zhuǎn)部件是壓氣機和渦輪。發(fā)動機在經(jīng)過良好的動、靜平衡后，旋轉(zhuǎn)可能出現(xiàn)的固體噪聲會被抑制，但工作葉片高速旋轉(zhuǎn)，加上靜止葉片的影響，造成了發(fā)動機內(nèi)部的紊流和大量渦流，這種在局部概念上的不穩(wěn)定流動所產(chǎn)生的劇烈氣體壓力變化，是一個占顯著地位的氣動噪聲源，它僅次于噴氣噪聲。渦噴發(fā)動機地面試車產(chǎn)生噪聲的最主要聲源為排氣射流噪聲，而排氣噪聲具有寬頻帶特性，聲譜上特征頻率不明顯。但壓氣機旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離散音則在聲譜上表現(xiàn)為現(xiàn)狀，較易識別。

此次試驗的WP一7發(fā)動機在試車間內(nèi)起發(fā)吹風狀態(tài)下的背景噪聲為86. 4dB，通過對WP一7在額定和慢車這兩個狀態(tài)下噪聲功率譜分析，可以得到壓氣機旋轉(zhuǎn)噪聲分量，它具有高頻離散特性，在高頻部分出現(xiàn)的峰值頻率為壓氣機各級葉片通過頻率，這部分高頻離散純音主要指壓氣機葉片產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)噪聲，在低頻部分是寬帶噪聲，主要指噴流噪聲，最大峰值的頻率幾乎都出現(xiàn)在發(fā)動機壓氣機基頻或者諧頻附近。

結(jié)語：隨著人們環(huán)保意識的加強，在以人為本、追求工農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的今天，研究和治理噪聲問題引起了更加廣泛的重視。以計算機為核心，基于虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展，為開發(fā)新型通用的噪聲分析儀器創(chuàng)造了條件，豐富了噪聲分析系統(tǒng)的功能，并且集成化的體系結(jié)構(gòu)也降低了噪聲分析系統(tǒng)的開發(fā)和維護成本，可以看出，利用計算機技術(shù)對噪聲進行采集、分析是一項很有意義的工作。