一种适用于叶栅矩形管道出口的声学测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种适用于叶栅矩形管道出口的声学测量装置及方法，包括叶栅实验段和声学测量段。叶栅实验段由两块叶片盖板、探针测量槽、两种连接法兰、多个叶片、叶片安装槽、圆柱安装槽组成。声学测量段由两个相同的连接法兰以及一段矩形测量段组成。声学测量段上分布了若干个螺纹孔用于加装传声器探头，可以实现对叶栅矩形管道出口不同位置的声学信号采集。本发明专利技术的方法可以利用采集的声学信号实现叶栅矩形管道出口声场重构，可以从模态的角度定量分析并研究不同叶片的降噪效果。通过本发明专利技术可以提高叶栅声学实验的适用范围，便于从管道声学方面更加深入的开展仿生学叶片参数化声学实验，有利于指导仿生学叶片参数化设计。有利于指导仿生学叶片参数化设计。有利于指导仿生学叶片参数化设计。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于叶栅矩形管道出口的声学测量装置及方法


[0001]本专利技术属于声学测量
，具体涉及一种管道出口的声学测量装置及方法。

技术介绍

[0002]对于航空发动机、压缩机、通风机等叶轮机械而言，其主要噪声源是叶片表面的偶极子噪声源，以及其周边的湍流产生的四极子噪声源。这些噪声源产生的噪声会通过进口管道或出口管道传播到外界环境，对周边居民以及厂房工作人员的生活和工作造成了严重的影响。为了降低噪声，就需要从两方面着手：1.从噪声的传播途径上降低声波辐射能量；2.降低噪声源强度。经过多年的研究，第一个方法的研究已经十分深入，虽然效果显著，但是也遇到了瓶颈，难以有进一步的进展。因此，相关学者开始着手于通过降低噪声源强度来减小噪声传播大小，尤其是近些年仿生学叶片的发展，将这一研究推向了新的高度。碍于实验成本，装配难度等等原因，直接将设计好的仿生学叶片运用到叶轮机械中是不实际的。为了开展大量实验，采集大量的实验结果进行参数化分析研究，利用叶栅开展仿生学叶片参数化研究无疑是一种一劳永逸，经济实惠的方法。
[0003]然而，现阶段的叶栅声学研究中，仍然是通过在外场空间布置多个声学测量点来研究不同叶栅的声学指向性效果。这一方法虽然可以得到出不同叶栅的声学性能，可以得到不同仿生学叶片的降噪效果，但是无法从根源上研究声波在管道内的辐射效应，亦无法准确地得到每个声模态分量的大小，进一步地，就难以深入地指导仿生学叶片的降噪设计。
[0004]针对叶栅管道声学测量，需要一种适用于叶栅矩形管道出口的声学测量装置及方法。<br/>
技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种适用于叶栅矩形管道出口的声学测量装置及方法，包括叶栅实验段和声学测量段。叶栅实验段由两块叶片盖板、探针测量槽、两种连接法兰、多个叶片、叶片安装槽、圆柱安装槽组成。声学测量段由两个相同的连接法兰以及一段矩形测量段组成。叶栅实验段可以实现加装不同类型的叶片，以及不同规格的圆柱，从而实现叶栅的参数化实验。声学测量段上分布了若干个螺纹孔用于加装传声器探头，可以实现对叶栅矩形管道出口不同位置的声学信号采集。此外，本专利技术提供了一种矩形管道模态分解方法，通过该方法可以利用采集的声学信号实现叶栅矩形管道出口声场重构，可以从模态的角度定量分析并研究不同叶片的降噪效果。本专利技术提供的装置以及方法改变了传统叶片声学测量以及分析方法，通过本专利技术可以提高叶栅声学实验的适用范围，便于从管道声学方面更加深入的开展仿生学叶片参数化声学实验，有利于指导仿生学叶片参数化设计。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案如下：
[0007]一种适用于叶栅矩形管道出口的声学测量装置，包括叶栅实验段和声学测量段；
[0008]所述叶栅实验段包括叶片盖板、第一连接法兰、第二连接法兰、叶片和叶片安装
槽；所述第一连接法兰和第二连接法兰分别设置在叶栅实验段两端；所述第一连接法兰与叶栅矩形管道出口固定连接，所述第二连接法兰与声学测量段固定连接；
[0009]所述叶栅实验段上下两个侧面设置多个叶片安装槽，所述多个叶片的上下部分别嵌入两侧的叶片安装槽中固定在叶栅实验段内部；所述叶片盖板有两块，分别固定在叶栅实验段两侧，对叶片安装槽进行遮挡；
[0010]所述声学测量段包括两个相同的第三连接法兰和矩形测量段；所述矩形测量段在中间，两个第三连接法兰在两端；任意一端的第三连接法兰与叶栅实验段固定连接；
[0011]所述矩形测量段四面开有多个螺纹孔，用于加装传声器探头，通过传声器探头实现对叶栅矩形管道出口不同位置的声学信号采集。
[0012]优选地，所述叶栅实验段侧面设置探针测量槽，所述探针测量槽内能伸入不同规格的实验探针，用于测量流场参数。
[0013]优选地，所述叶栅实验段侧面设置多个圆柱安装槽，所述圆柱安装槽内能安装不同直径的圆柱，产生不同频率的卡门涡街，模拟转/静干涉频率，同时能产生不同强度的叶片来流湍流，用于研究湍流/叶片干涉宽频噪声。
[0014]优选地，所述第一连接法兰与叶栅矩形管道出口通过螺栓固定连接，所述第二连接法兰与声学测量段通过螺栓固定连接，并在连接处安装橡胶垫，以避免漏气。
[0015]优选地，在所述第一连接法兰与叶栅矩形管道出口连接处安装消声声衬，以减小叶栅矩形管道出口吹气风洞产生的噪声对测量结果的影响。
[0016]优选地，所述矩形测量段上的螺纹孔为M12直径的螺纹孔。
[0017]优选地，所述矩形测量段上设置多个阶梯孔，阶梯孔的特征为，小径为7mm直径的通孔，大径为M12直径的螺纹孔。
[0018]优选地，所述声学测量段未与叶栅实验段连接一端的第三连接法兰上安装消声声衬，以减小外界对内部声学测量的影响。
[0019]优选地，所述实验探针为三维热线。
[0020]一种适用于叶栅矩形管道出口的声学测量方法，包括如下步骤：
[0021]步骤1：传声器数目确定方法；
[0022]根据矩形管道声模态传播声模态传播理论计算出所关注声波频率内不同方向的最高截通模态阶数：切向最高截通模态阶数M、展向最高截通模态阶数N；
[0023]则根据奈奎斯特采样定理，至少需要在矩形测量段的2M+1个切向位置布置切向传声器阵列，至少需要在矩形测量段2N+1个展向位置布置展向传声器阵列；
[0024]同时，为了分解出入射模态波和反射模态波，需要在轴向位置至少布置两排传声器阵列；
[0025]步骤2：矩形管道模态分解方法；
[0026]步骤2
‑
1：对于矩形管道内声波方程，声波方程的解即测量声压信号p(x,y,z)是由不同模态波线性叠加而成：
[0027][0028][0029]式中：x,y,z分别为矩形管道的轴向、切向以及展向坐标；L,H别为矩形管道的切向长度及展向高度；m,n分别为切向模态数以及展向模态数；A代表声波振幅；“+”和
“‑”
代表入射声波以及反射声波；k为轴向波数；代表切向模态数为m、展向模态数为n的入射声波振幅；代表切向模态数为m、展向模态数为n的反射声波波数；
[0030]步骤2
‑
2：矩形管道模态分解方法采用互相关模态分解法，该方法是利用所有声学测点之间的互功率谱密度函数，将模态幅值的互谱矩阵与测量得到的声压互谱矩阵进行了关联，最终基于统计平均方法计算出模态相干函数频谱结果；
[0031]两个不同位置的声压互谱为：
[0032]S
pp
′
＝&lt;p(x,y,z)p
*
(x
′
,y
′
,z
′
)&gt;
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0033]式中：上标*表示复数共轭；(x
′
,y
′
,z
′
)表示与(x,y,z)不同的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于叶栅矩形管道出口的声学测量装置，其特征在于，包括叶栅实验段和声学测量段；所述叶栅实验段包括叶片盖板、第一连接法兰、第二连接法兰、叶片和叶片安装槽；所述第一连接法兰和第二连接法兰分别设置在叶栅实验段两端；所述第一连接法兰与叶栅矩形管道出口固定连接，所述第二连接法兰与声学测量段固定连接；所述叶栅实验段上下两个侧面设置多个叶片安装槽，所述多个叶片的上下部分别嵌入两侧的叶片安装槽中固定在叶栅实验段内部；所述叶片盖板有两块，分别固定在叶栅实验段两侧，对叶片安装槽进行遮挡；所述声学测量段包括两个相同的第三连接法兰和矩形测量段；所述矩形测量段在中间，两个第三连接法兰在两端；任意一端的第三连接法兰与叶栅实验段固定连接；所述矩形测量段四面开有多个螺纹孔，用于加装传声器探头，通过传声器探头实现对叶栅矩形管道出口不同位置的声学信号采集。2.根据权利要求1所述的一种适用于叶栅矩形管道出口的声学测量装置，其特征在于，所述叶栅实验段侧面设置探针测量槽，所述探针测量槽内能伸入不同规格的实验探针，用于测量流场参数。3.根据权利要求1所述的一种适用于叶栅矩形管道出口的声学测量装置，其特征在于，所述叶栅实验段侧面设置多个圆柱安装槽，所述圆柱安装槽内能安装不同直径的圆柱，产生不同频率的卡门涡街，模拟转/静干涉频率，同时能产生不同强度的叶片来流湍流，用于研究湍流/叶片干涉宽频噪声。4.根据权利要求1所述的一种适用于叶栅矩形管道出口的声学测量装置，其特征在于，所述第一连接法兰与叶栅矩形管道出口通过螺栓固定连接，所述第二连接法兰与声学测量段通过螺栓固定连接，并在连接处安装橡胶垫，以避免漏气。5.根据权利要求1所述的一种适用于叶栅矩形管道出口的声学测量装置，其特征在于，在所述第一连接法兰与叶栅矩形管道出口连接处安装消声声衬，以减小叶栅矩形管道出口吹气风洞产生的噪声对测量结果的影响。6.根据权利要求1所述的一种适用于叶栅矩形管道出口的声学测量装置，其特征在于，所述矩形测量段上的螺纹孔为M12直径的螺纹孔。7.根据权利要求1所述的一种适用于叶栅矩形管道出口的声学测量装置，其特征在于，所述矩形测量段上设置多个阶梯孔，阶梯孔的特征为，小径为7mm直径的通孔，大径为M12直径的螺纹孔。8.根据权利要求1所述的一种适用于叶栅矩形管道出口的声学测量装置，其特征在于，所述声学测量段未与叶栅实验段连接一端的第三连接法兰上安装消声声衬，以减小外界对内部声学测量的影响。9.根据权利要求2所述的一种适用于叶栅矩形管道出口的声学测量装置，其特征在于，所述实验探针为三维热线。10.一种适用于叶栅矩形管道出口的声学测量方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：传声器数目确定方法；根据矩形管道声模态传播声模态传播理论计算出所关注声波频率内不同方向的最高截通模态阶数：切向最高截通模态阶数M、展向最高截通模态阶数N；
则根据奈奎斯特采样定理，至少需要在矩形测量段的2M+1个切向位置布置切向传声器阵列，至少需要在矩形测量段2N+1个展向位置布置展向传声器阵列；同时，为了分解出入射模态波和反射模态波，需要在轴向位置...

【专利技术属性】
技术研发人员：同航，陶孟尧，连健欣，陈伟杰，乔渭阳，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：