大型航空聲學(xué)風(fēng)洞消聲室建設(shè)與校測

周國成 陳 寶李周復(fù)姜 濤

(1中國航空工業(yè)空氣動力研究院 低速高雷諾數(shù)氣動力航空科技重點實驗室 哈爾濱150001)

(2中國航空工業(yè)空氣動力研究院 空氣動力噪聲及其控制黑龍江省重點實驗室 哈爾濱150001)

0 引言

氣動噪聲是民用飛機(jī)主要的噪聲源。民用飛機(jī)的發(fā)動機(jī)噪聲、機(jī)體噪聲等均與氣動噪聲密切相關(guān)[1-2]。風(fēng)洞試驗是開展氣動噪聲研究最直接有效的手段。采用全尺寸或者縮比模型在聲學(xué)風(fēng)洞中進(jìn)行試驗，能夠在飛機(jī)設(shè)計階段獲得詳實的噪聲數(shù)據(jù)，確保飛機(jī)的噪聲水平能夠達(dá)到設(shè)計目標(biāo)。氣動噪聲風(fēng)洞試驗需要低背景噪聲、低聲反射的測試環(huán)境，通常需要在專用的聲學(xué)風(fēng)洞中進(jìn)行。采用縮比模型進(jìn)行氣動噪聲風(fēng)洞試驗時，由于模型的縮比可能導(dǎo)致細(xì)節(jié)丟失、流動特性的變化，進(jìn)而影響到噪聲特性。因此，氣動噪聲風(fēng)洞試驗通常希望在大型聲學(xué)風(fēng)洞中采用大尺寸模型進(jìn)行試驗[3]。

歐美國家自20世紀(jì)70年代陸續(xù)改造、新建了多座大型聲學(xué)風(fēng)洞。其中歐洲的DNW LLF風(fēng)洞和美國NASA Ames 40×80英尺(1英尺=0.3048 m)風(fēng)洞是大型聲學(xué)風(fēng)洞中的典范。DNW LLF風(fēng)洞是一座回流式低速風(fēng)洞，試驗段截面尺寸為8 m×6 m，該風(fēng)洞于1981年進(jìn)行了首次聲學(xué)改造，具備了氣動噪聲試驗?zāi)芰4]，并在2014年再次改造以進(jìn)一步降低背景噪聲[5]。NASAAmes 40×80英尺風(fēng)洞則在1994年完成了聲學(xué)試驗環(huán)境改造，具備氣動噪聲試驗?zāi)芰?，該風(fēng)洞試驗段尺寸達(dá)24 m×12 m[6]。此外，歐美國家還建設(shè)了包括DNW NWB[7]、Boeing LSAF[8]、ONERA CEPRA19[9]等多座3～4 m量級的聲學(xué)風(fēng)洞，為民機(jī)的研制做出了重要貢獻(xiàn)。

我國聲學(xué)風(fēng)洞建設(shè)相對較晚。2013年，中國空氣動力研究與發(fā)展中心建成FL-17航空聲學(xué)風(fēng)洞，該風(fēng)洞為回流式低速風(fēng)洞，試驗段截面尺寸為5.5 m×4.5 m，配備有28 m(長)×26 m(寬)×20 m(高)的全消聲室[9]。2016年，中國航空工業(yè)空氣動力研究院完成FL-10風(fēng)洞一期建設(shè)。FL-10風(fēng)洞同樣為回流式低速風(fēng)洞，試驗段尺寸為8 m×6 m。FL-10風(fēng)洞一期建設(shè)只考慮了洞體的降噪處理，并未完成聲學(xué)試驗環(huán)境與氣動噪聲試驗設(shè)備的建設(shè)。2019年，F(xiàn)L-10風(fēng)洞完成了消聲室的建成，具備了氣動噪聲風(fēng)洞試驗?zāi)芰?，成為目前國?nèi)最大的聲學(xué)風(fēng)洞。與此同時，開展了包括全機(jī)縮比模型機(jī)體噪聲、起落架噪聲、增升裝置噪聲、旋翼噪聲、螺旋槳噪聲等多種氣動噪聲試驗設(shè)備的研制，具備了全面的氣動噪聲風(fēng)洞試驗?zāi)芰Α?/p>

圍繞FL-10風(fēng)洞氣動噪聲試驗環(huán)境的建設(shè)，本文主要介紹FL-10風(fēng)洞消聲室的設(shè)計、建設(shè)、自由場校測以及本底噪聲測量等相關(guān)內(nèi)容。

1 FL-10風(fēng)洞概況

FL-10風(fēng)洞是一座常壓低速回流式風(fēng)洞，總體輪廓如圖1所示。風(fēng)洞洞體回路的長度約145 m，寬度約47 m，配備49 m(長)×33 m(寬)×26 m(高)的試驗大廳。FL-10風(fēng)洞建有閉口與開口兩個試驗段，可以根據(jù)試驗的需求進(jìn)行更換。其中開口試驗段尺寸為8 m(寬)×6 m(高)×20 m(長)。風(fēng)洞試驗段中心距離地面高度為10 m，距離收縮段出口7 m。風(fēng)洞采用大功率電機(jī)驅(qū)動軸流式風(fēng)機(jī)來產(chǎn)生氣流，開口試驗段最大風(fēng)速為85 m/s，閉口試驗段最大風(fēng)速為110 m/s，對應(yīng)的最大雷諾數(shù)為6.3×106(參考長度0.69282 m)。

圖1 FL-10大型低速風(fēng)洞平面圖Fig.1 Sketch of FL-10 wind tunnel

FL-10風(fēng)洞在設(shè)計之初即考慮未來氣動噪聲試驗?zāi)芰ㄔO(shè)的需求，因此在洞體建設(shè)階段就開展了大量的降噪工作，包括：

(1)采用低噪聲動力風(fēng)扇，優(yōu)化槳葉與止旋片數(shù)量，降低風(fēng)扇噪聲；

(2)動力段采用阻性吸聲結(jié)構(gòu)進(jìn)行聲學(xué)處理，吸收風(fēng)扇噪聲；

(3)4個拐角導(dǎo)流片均進(jìn)行聲學(xué)處理，導(dǎo)流的同時起到消聲作用；

(4)優(yōu)化收集器開度，收集器的收集板為多孔消聲結(jié)構(gòu)，并采用柔性材料包敷，降低收集器噪聲；

(5)優(yōu)化調(diào)壓窗設(shè)計，抑制開口試驗段低頻顫振；

(6)配備大型隔聲門，采用氣浮驅(qū)動，平均隔聲量達(dá)60 dB。

上述技術(shù)手段確保了FL-10具有較低的背景噪聲水平，能夠滿足氣動噪聲風(fēng)洞試驗的要求。

2 聲學(xué)試驗環(huán)境建設(shè)

為了獲得試驗?zāi)Ｐ驮谶h(yuǎn)場的噪聲試驗數(shù)據(jù)，并據(jù)此反推飛行狀態(tài)下的飛機(jī)在地面產(chǎn)生的噪聲，氣動噪聲試驗需要在無反射自由場的環(huán)境下進(jìn)行測量[10]。為了形成氣動噪聲測量所需的聲學(xué)環(huán)境，F(xiàn)L-10風(fēng)洞建設(shè)了全消聲室，以消除各個壁面的聲反射。

2.1 消聲室截止頻率確定

截止頻率是消聲室最重要的性能參數(shù)。根據(jù)截止頻率的定義，消聲室對截止頻率及以上的聲波的吸收率可達(dá)99.9%。消聲室的截止頻率需要根據(jù)其噪聲試驗內(nèi)容來確定，同時也將影響消聲室的建設(shè)成本。

根據(jù)國際民航組織以及中國民航局對飛機(jī)適航噪聲的相關(guān)要求，民機(jī)適航噪聲測量的頻率范圍為50～10000 Hz。在進(jìn)行風(fēng)洞試驗時，通常是采用縮比后的風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行試驗。根據(jù)氣動噪聲試驗方法理論，假設(shè)模型的縮比率為1:n，則在氣動相似、馬赫數(shù)相等的前提下，模型噪聲的頻率為全尺寸飛機(jī)的n倍，即兩者的斯特勞哈爾數(shù)St相等：

式(1)中，f為頻率，D為模型特征長度，U為試驗風(fēng)速。

根據(jù)FL-10風(fēng)洞規(guī)劃的氣動噪聲試驗?zāi)芰?，以及各種試驗中模型的縮比率，可以得出各種試驗對截止頻率的需要，列入表1中。綜合各類試驗對下限頻率的需要，最終選擇80 Hz作為消聲室的截止頻率。該頻率能夠滿足大部分試驗的需要，同時還能夠降低吸聲尖劈的長度，控制消聲室建設(shè)成本。

表1 FL-10風(fēng)洞噪聲試驗對截止頻率的要求Table 1 Requirements for cut-offfrequency of FL-10 wind tunnel aeroacoustic noise test

2.2 消聲室整體設(shè)計

FL-10風(fēng)洞消聲室需要滿足氣動噪聲試驗時對自由場的需要，同時還需要充分考慮風(fēng)洞運(yùn)行時產(chǎn)生的氣動載荷。根據(jù)此要求，開展消聲室的總體設(shè)計：

(1)消聲室為全消聲室結(jié)構(gòu)，消聲室四周壁面、頂面以及地面均采用吸聲體進(jìn)行覆蓋。為了降低消聲室建設(shè)成本，在收集器后方及下方、收縮段下方等二次反射區(qū)域采用吸聲平板，其他區(qū)域則全部采用吸聲尖劈。

(2)消聲室原有棚頂為框架式結(jié)構(gòu)，隔聲量不足，同時承載能力較弱。為了提高頂部隔聲量、保證頂部結(jié)構(gòu)安全，采用隔聲板+吸聲尖劈的形式形成吸隔聲一體化結(jié)構(gòu)，在隔絕外部噪聲的同時，消除頂部聲反射。

(3)對鋼制洞體表面進(jìn)行聲學(xué)處理，降低風(fēng)洞洞體的聲反射。

(4)對原有調(diào)壓窗進(jìn)行聲學(xué)處理，增加消聲器，抑制消聲室外部噪聲從換氣窗傳入。

(5)對液壓尾撐裝置進(jìn)行吸隔聲一體化處理，降低液壓管路的噪聲影響，抑制液壓尾撐表面的聲反射。

建成后的FL-10風(fēng)洞消聲室如圖2所示，消聲室凈空間為47 m(長)×31 m(寬)×22 m(高)，是國內(nèi)建成規(guī)模最大的全消聲室之一。

圖2 FL-10風(fēng)洞消聲室Fig.2 Anechoic chamber of FL-10 wind tunnel

2.3 吸聲尖劈設(shè)計與選型

吸聲尖劈是消聲室建設(shè)時最常采用的吸聲結(jié)構(gòu)。它利用從尖部到基部聲阻抗的逐漸過渡以及尖劈內(nèi)部的吸聲材料，提高聲波的入射率，并吸收入射到尖劈內(nèi)的聲能量。吸聲尖劈通常由骨架、護(hù)面材料、吸聲材料等組成，其中護(hù)面材料通常有紗網(wǎng)以及金屬穿孔板兩種形式。根據(jù)所采用的護(hù)面材料可分別簡稱為紗網(wǎng)尖劈與金屬尖劈。金屬尖劈相對于紗網(wǎng)尖劈，其結(jié)構(gòu)耐用性更好、承載能力強(qiáng)、不容易變形，但是金屬穿孔板對于超高頻噪聲的反射是無法忽略的。為了確定該消聲室采用何種尖劈，分別制作了截止頻率相同的紗網(wǎng)尖劈和金屬尖劈，并在中國計量科學(xué)研究院進(jìn)行了測試，重點測量了從10～40 kHz下的吸聲性能。圖3、圖4分別給出10 kHz和40 kHz下、從校測聲源到紗網(wǎng)尖劈和金屬尖劈之間的聲壓級衰減曲線。圖中，藍(lán)色曲線為根據(jù)球面衰減規(guī)律得到的理論曲線，紅色的曲線為按照國標(biāo)GB 6882–1986要求的聲壓級衰減的上下限曲線，黑色曲線為聲源到尖劈之間實測的聲壓級衰減曲線。黑色曲線位于兩條紅色曲線之間則認(rèn)為聲壓級衰減規(guī)律滿足國標(biāo)要求。通過試驗對比發(fā)現(xiàn)，兩種尖劈在10～40 kHz范圍內(nèi)，均能滿足吸聲性能的要求。因此，在充分考慮聲學(xué)風(fēng)洞試驗設(shè)備切換、地面尖劈移動以及測試設(shè)備安裝等方面的需求后，選擇了金屬尖劈作為本消聲室的吸聲尖劈。

圖3 紗網(wǎng)尖劈吸聲性能測試結(jié)果Fig.3 Sound absorption coefficient curve of gauze covered acoustic wedge

圖4 金屬尖劈吸聲性能測試結(jié)果Fig.4 Sound absorption coefficient curve of metal perforated plate covered acoustic wedge

吸聲尖劈截止頻率的計算公式為

其中，c為尖劈材料內(nèi)的有效聲速，l為尖劈的整體長度。

根據(jù)該公式，確定吸聲尖劈的高度為1000 mm，其中基部高度150 mm，尖部高度850 mm，底面尺寸為800 mm×800 mm，采用雙尖形式，如圖5所示。尖劈內(nèi)部填充密度為32 kg/m3的環(huán)保超細(xì)玻璃絲棉。尖劈采用金屬穿孔板作為護(hù)面材料，穿孔板厚度0.8 mm，穿孔直徑為3 mm，穿孔率為32%，表面噴塑處理。在截面尺寸為800 mm×800 mm的阻抗管中對尖劈的吸聲系數(shù)進(jìn)行測量，不同空腔高度下的吸聲系數(shù)如表2所示。根據(jù)不同空腔高度下的吸聲系數(shù)，考慮消聲室內(nèi)部空間以及尖劈后走線空間的需要，最終選擇尖劈后空腔高度為150 mm。

表2 尖劈吸聲系數(shù)測試結(jié)果Table 2 Absorption coefficient of acoustic wedge

圖5 吸聲尖劈結(jié)構(gòu)示意圖Fig.5 Sketch of acoustic wedge

對于消聲室四周壁面，尖劈固定在墻面掛架上。對于鋪設(shè)在地面的尖劈，則以4個為一組放置在地面尖劈框架內(nèi)，地面尖劈框架頂部配備人行鋼板網(wǎng)，底部設(shè)置移動輪，便于風(fēng)洞試驗時尖劈的布置以及試驗結(jié)束后尖劈的存放。

根據(jù)消聲室的總體設(shè)計，在聲波的二次反射區(qū)則采用吸聲平板作為吸聲結(jié)構(gòu)。吸聲平板的厚度為200 mm，整體尺寸為1600 mm×1600 mm，如圖6所示。內(nèi)部同樣填充環(huán)保超細(xì)玻璃絲綿。吸聲平板布置時背后空腔高度同樣為150 mm。同樣在阻抗管內(nèi)對吸聲平板的吸聲系數(shù)進(jìn)行測試，如表3所示。

圖6 吸聲平板結(jié)構(gòu)示意圖Fig.6 Sketch of acoustic panel

表3 吸聲平板吸聲系數(shù)測試結(jié)果Table 3 Absorption coefficient of acoustic panel

2.4 頂部吸隔聲結(jié)構(gòu)設(shè)計

FL-10消聲室原有的屋頂采用的是網(wǎng)架式結(jié)構(gòu)，整體的隔聲量不足，而且承重能力有限。同時，F(xiàn)L-10風(fēng)洞消聲室上部空域還是哈飛直升機(jī)試飛區(qū)域，噪聲嚴(yán)重。為了提高消聲室頂部的隔聲量，采用厚度75 mm的巖棉隔聲板與吸聲尖劈共同構(gòu)成頂部復(fù)合吸隔聲層，如圖7所示。對由隔聲板與尖劈組成的復(fù)合吸隔聲結(jié)構(gòu)進(jìn)行插入損失測量，測量結(jié)果如表4所示，計算得到的等效隔聲量為47.5 dB。

圖7 FL-10消聲室頂部復(fù)合吸隔聲結(jié)構(gòu)Fig.7 Compound sound absorption and insulation structure at the top of anechoic chamber of FL-10 wind tunnel

表4 復(fù)合吸隔聲層的插入損失Table 4 Insertion loss of composite sound absorption and insulation structure

復(fù)合吸隔聲層采用鋼絲繩懸掛在屋頂網(wǎng)架上，在實現(xiàn)頂部吸聲結(jié)構(gòu)安裝的同時，避免了風(fēng)洞運(yùn)行時氣流產(chǎn)生的脈動載荷傳遞到屋頂，提高了結(jié)構(gòu)安全性。為了降低復(fù)合吸隔聲層的重量，安裝在頂部的吸聲尖劈采用穿孔鋁板作為護(hù)面材料，最終復(fù)合吸隔聲層的面密度為65 kg/m2。

2.5 洞體聲學(xué)處理

FL-10風(fēng)洞開口試驗段的收縮段以及收集器均為鋼制結(jié)構(gòu)，洞體的聲反射將影響噪聲測量結(jié)果。為了抑制洞體聲反射的影響，對收縮段以及收集器的外表面進(jìn)行聲學(xué)處理。聲學(xué)處理的厚度為200 mm，外表面采用金屬穿孔板，內(nèi)部填充超細(xì)玻璃絲棉，如圖8所示。由于洞體表面筋板高度往往大于200 mm，因此在聲學(xué)處理通過在筋板上焊接鋼管來支撐吸聲材料，一方面減少吸聲材料用量，另一方面通過吸聲材料后方的空腔來增大對低頻噪聲的吸聲效果。

圖8 洞體外表面聲學(xué)處理Fig.8 Outside acoustic treatment of wind tunnel

2.6 調(diào)壓窗聲學(xué)處理

調(diào)壓窗在開口試驗段試驗時用來平衡消聲室內(nèi)外的壓差，并加快試驗段風(fēng)速調(diào)節(jié)速度。調(diào)壓窗的尺寸為8 m×8 m，位于收集器的側(cè)面，試驗時直接與廠房外大氣相通，室外噪聲將通過換氣窗進(jìn)入到消聲室內(nèi)。為了抑制室外噪聲的影響，對調(diào)壓窗進(jìn)行消聲處理。調(diào)壓窗的外側(cè)安裝矩陣式消聲器，由13×13個柱狀消聲體組成，其中消聲體的邊長為400 mm×400 mm，長度為4 m。矩陣式消聲器的通流面積為51%，不影響調(diào)壓窗的壓力平衡作用，如圖9所示。在消聲換氣窗建成對其消聲量進(jìn)行測量，測量時在消聲室外側(cè)布置一個噴流聲源，利用高速噴流發(fā)聲，并在消聲換氣窗的內(nèi)外兩側(cè)對應(yīng)布置傳聲器，測量經(jīng)過消聲換氣窗后的噪聲。測試時共設(shè)置5個測量點，如圖10所示，平均后得到消聲換氣窗的降噪量。圖11給出了P3點調(diào)壓窗內(nèi)外的噪聲頻譜對比，表5給出了各個測量點總聲壓級對比。綜合上述測試結(jié)果，測得調(diào)壓窗的消聲量為42 dB。換氣窗內(nèi)側(cè)采用單尖尖劈間隔布置，保證空氣流通的同時，進(jìn)一步降低換氣窗區(qū)域的聲反射，如圖9所示。

圖9 調(diào)壓窗聲學(xué)處理Fig.9 Acoustic treatment of pressure regulating window

圖10 調(diào)壓窗消聲性能測試點Fig.10 Layout of the noise test points

圖11 P3測量點調(diào)壓窗內(nèi)外噪聲頻譜對比Fig.11 Comparison of noise spectrum inside and outside pressure regulating window at P3 test point

表5 調(diào)壓窗各測量點總聲壓級對比Table 5 Comparison of total sound pressure level at each test point

2.7 液壓尾撐聲學(xué)處理

液壓尾撐裝置是FL-10風(fēng)洞主要的支撐裝置之一，也是全機(jī)縮比模型機(jī)體噪聲風(fēng)洞試驗的支撐設(shè)備。液壓尾撐采用高壓液壓油驅(qū)動液壓缸實現(xiàn)模型姿態(tài)變換，在使用時將產(chǎn)生較強(qiáng)噪聲。圍繞液壓尾撐混凝土支撐座四周進(jìn)行噪聲測量，測量距離約1 m，測得的噪聲最高可達(dá)72 dB。由于支撐座離測試區(qū)域較近，將影響噪聲的測量。因此，采用隔聲罩將整個液壓尾撐裝置的支撐座及其管路包裹起來，如圖12所示。隔聲罩采用內(nèi)表面實壁、外表面吸聲壁面的結(jié)構(gòu)形式，整體厚度不小于200 mm，在隔聲的同時降低外表面的聲反射。隔聲罩建成后液壓尾撐運(yùn)行時周圍噪聲降低到45 dB，遠(yuǎn)低于風(fēng)洞運(yùn)行時的背景噪聲，對氣動噪聲的測試影響可以忽略。

圖12 液壓尾撐隔聲罩Fig.12 Acoustic enclosure of hydraulic support devive

3 FL-10風(fēng)洞聲學(xué)校測

在完成FL-10風(fēng)洞消聲室建設(shè)后，對消聲室的自由場品質(zhì)進(jìn)行校測，并對其本底噪聲進(jìn)行測量。

3.1 消聲室自由場校測

檢查消聲室消聲質(zhì)量的一個簡單的準(zhǔn)則是所謂的1/r2定率，即對于點聲源輻射，傳播距離增加1倍，由于球面衰減引起的聲壓級減少6 dB。校測方法是測試聲源發(fā)射的聲壓沿校測路徑的空間分布，并與考慮大氣衰減的自由場中聲壓級衰減理論曲線相比較來進(jìn)行評價。FL-10風(fēng)洞消聲室自由場校測的頻率范圍為80 Hz～40 kHz，在上述頻率范圍中，按照GB 6882–2016[11]的要求，其測量聲壓值和理論聲壓值之間的最大允許誤差如表6所示。

表6 GB 6882–1986對消聲室自由場偏差要求Table 6 The free field deviation of anechoic chamber requiremented by GB 6882–1986

在確定從校準(zhǔn)聲源沿校測路徑聲壓衰減的理論曲線時，需要考慮消聲室內(nèi)大氣衰減的影響，因此需要測量校測時消聲室內(nèi)的溫度與濕度，用于對理論曲線進(jìn)行修正。大氣衰減按照GB/T 17247.1–2000[12]中給出的方法進(jìn)行修正。由于大氣衰減對高頻噪聲影響顯著，對消聲室的校測應(yīng)盡量在相對濕度較低的時候進(jìn)行，才能夠保證高頻校測時相對于傳聲器本底噪聲以及消聲室本底噪聲具有足夠的信噪比。

自由場校測路徑的選定需要根據(jù)消聲室中噪聲測試的主要方向來選定。FL-10風(fēng)洞設(shè)置的噪聲測試陣列包括地面線陣、1/4圓弧陣、壁面線陣、水平傳聲器相位陣列、豎直傳聲器相位陣列等，如圖13所示。根據(jù)這些陣列的布置及主要的噪聲測試方向，確定了15條消聲室自由場校測路徑，如圖14所示。其中過風(fēng)洞試驗段中心的水平面共有6條校測路徑，分布在風(fēng)洞軸線東西兩側(cè)，按45°角度間隔布置。圖10中試驗段軸線上側(cè)的3條校測路徑長度為15 m，下側(cè)的3條校測路徑長度為9 m。下側(cè)3條校測路徑繞風(fēng)洞軸線向地面方向分別旋轉(zhuǎn)45°、90°以及135°，共形成另外9條校測路徑，覆蓋了邊線測量與過頂測量的主要角度范圍。

圖13 FL-10風(fēng)洞全機(jī)縮比模型噪聲試驗測試陣列布置Fig.13 The array arrangment of airframe noise testing

圖14 消聲室自由場校測路徑Fig.14 Free field calibration path of anechoic chamber

為了滿足多個方向聲場校測的需要，設(shè)計了專門的聲源架，并利用鋼絲繩實現(xiàn)了校準(zhǔn)聲源在開口試驗段中心位置的固定，以及聲源指向的調(diào)整，如圖15所示。聲源的上下兩端以及45°方向均設(shè)置有連接孔，可以采用鋼絲繩拉緊不同位置的孔，實現(xiàn)聲源在水平、豎直以及45°斜向下等方向的調(diào)整。通過測試架在鋼絲繩上的移動，實現(xiàn)沿校測路徑不同位置處噪聲的測試，圖16給出了聲場校測時聲源以及移測架的布置情況。

圖15 消聲室自由場校測方法Fig.15 Free field calibration method of anechoic chamber

圖16 校準(zhǔn)聲源布置Fig.16 Arrangment of calibration sound source

圖17給出了FL-10消聲風(fēng)洞過試驗段中心水平面東側(cè)OA、OB、OC三條測試路徑在80 Hz和40 kHz下的校測結(jié)果[13]。從圖17中可以看出，這3條校測路徑上聲壓級的衰減曲線均在國家標(biāo)準(zhǔn)所要求的偏差范圍之內(nèi)。由于OA校測路徑距離收縮段噴口較近、OC路徑距離收集器較近，因此收縮段噴口以及收集器產(chǎn)生的聲反射對附近的聲場產(chǎn)生了影響，導(dǎo)致聲壓級分布曲線波動較明顯。

圖17 OA、OB、OC三條校測路徑聲壓級衰減曲線[13]Fig.17 Sound pressure level attenuation curve of OA,OB,OC calibration path[13]

3.2 本底噪聲測量

在自由場校測的同時，還對消聲室的本底噪聲進(jìn)行了測量。測試時關(guān)閉其他運(yùn)行設(shè)備，并確保周邊環(huán)境無較大噪聲干擾。本底噪聲測量點如圖18所示。其中T1點位于試驗段中心正下方，T2～T5則位于偏消聲室4個角落的位置。5個測量點距離地面高度均為2.65 m，距離地面尖劈人行網(wǎng)的高度為1.5 m。各點的噪聲測量結(jié)果如表7所示?？傮w而言，F(xiàn)L-10風(fēng)洞消聲室具有極低的本底噪聲水平。其中T1點位于試驗段正下方，受風(fēng)洞洞體內(nèi)各類噪聲的影響，導(dǎo)致該點的本底噪聲較其他點略高。T5點位于消聲室大廳人行門附近，該人行門的隔聲量相對隔聲門以及混凝土墻體要低，導(dǎo)致該測量點的本底噪聲也相對其他點略高。

圖18 本底噪聲測量點Fig.18 Test point of background noise

表7 本底噪聲測量結(jié)果Table 7 Test result of background noise

4 結(jié)論

本文介紹了FL-10大型低速風(fēng)洞消聲室設(shè)計、建設(shè)、自由場校測以及本底噪聲測量等情況，為后續(xù)其他聲學(xué)風(fēng)洞消聲室的建設(shè)提供了參考。研究表明：

(1)FL-10風(fēng)洞采用了多處降噪設(shè)計，包括低噪聲風(fēng)扇、動力段降噪、消聲拐角、低噪聲收集器以及隔聲門等措施，風(fēng)洞具有較低的背景噪聲，能夠滿足氣動噪聲風(fēng)洞試驗的需求；

(2)根據(jù)FL-10風(fēng)洞氣動噪聲試驗?zāi)芰σ?guī)劃、測試需要、基礎(chǔ)條件等，設(shè)計了FL-10風(fēng)洞消聲室方案，滿足截止頻率、風(fēng)洞使用、頂部結(jié)構(gòu)、陣列布置等多方面的要求和限制；

(3)FL-10風(fēng)洞消聲室綜合采用了壁面吸聲、洞體聲學(xué)處理、液壓尾撐隔聲以及調(diào)壓窗聲學(xué)處理等多種技術(shù)手段，建成了國內(nèi)最大規(guī)模的消聲室；

(4)根據(jù)FL-10風(fēng)洞氣動噪聲測試的需要設(shè)計了自由場校測路徑，并對消聲室自由場特性進(jìn)行校測。FL-10風(fēng)洞消聲室自由場校測結(jié)果合格，收縮段噴口、收集器等設(shè)備的聲反射對聲場分布存在一定影響。