LabVIEW定位飛機的噪聲源

研究客機上的噪聲源

為了能開發出更為安靜的客機，我們必須定位所有的噪聲源，以加強我們對噪音生成原理的認識。在開發一架飛機時，我們可以通過數值分析和模型測試yu測噪音等級。然而，實際飛機噪音的屬性和特性只能在實際飛行測試中才能獲得。利用聲音波束成形技術來定位噪音源是一種有效可行的方法。波束成形是一種使用定位噪聲源的方法，同時能獲得噪聲源的振幅。

相位麥克風陣列的測量

相位陣列包含了許多麥克風，分布在一個大直徑的范圍上。利用噪聲源的聲波到達每個麥克風時間的微小差別，我們可以估算出每個噪聲源的位置和強度。在這個測試中，我們設計了相位陣列來辨識飛行于120米高度的飛機上兩個相距4米的1kHz音頻信號。這個相控陣列包含了99個麥克風，分布在一個直徑30米的圓形區域上。

飛行中的噪聲源定位測試必須包括飛機發動機狀態; 聲覺測量，以及飛機飛過相位陣列時的位置、高度和速度。因為飛機產生的噪音在傳輸到地面麥克風的過程中會被大氣削弱，因此我們還需要記錄氣象數據，例如風向、速度、溫度和濕度。

圖1：跑道上的相位陣列和線掃描攝像機

圖2：相位麥克風陣列

圖3：線掃描攝像機

系統主要的一個特性是能對聲音和飛行參數進行同步測量。我們將兩臺線掃描攝像機與地面上的相位陣列放置在一起，從而完成了這個測試。如圖1所示，這兩臺攝像機分別直立在飛機飛行方向的兩個側邊。攝像機能捕捉經過飛機的同步圖像，并提供3D信息以便于我們分析飛機飛行速度和高度。另一臺電腦通過獲取的聲音數據同步進行噪聲定位處理。這些數據會在飛機飛過相位陣列后很快進行結合，從而將噪聲源地圖疊加顯示在飛機圖像上。

測量系統

北京瀚文網星科技有限責任公司選用了NI PXI系統及大量的模塊來達到緊湊系統的要求。我們的系統包含了一個嵌入式控制器和一個NI 8260， 一個4驅動、可插入機箱型、高速數據儲存模塊。LabVIEW、NI視覺開發模塊和NI聲音與振動測量套件為我們的方案開發提供了有效的工具。系統能進行快速設置、數據記錄、實時監測和數據瀏覽。我們將其裝載在移動平臺上以獲得更好的便攜性。

NI PXI-4498動態信號采集模塊通過集成電路式壓電（IEPE）調理為麥克風提供電能，并能夠同時采集高分辨率的數據。由于每個模塊可以處理16個通道，7個模塊可以同時對112個通道進行采樣，并且還具備了進一步擴展的空間。

NI PXI-1428圖像采集模塊可以利用線掃描攝像機進行線掃描數字成像。我們使用NI視覺開發模塊開發的應用程序將自動處理這些被采集的圖像。此外，NI PXI-6682H定時和同步模塊可以通過GPS進行同步來對數據進行時間標識，并能對飛機中的噪音和地面上的噪音進行協調處理。

圖4：我們將PXI測量系統放在一個平板車上，從而使得系統能夠更加接近麥克風陣列。

圖5：MU-300 Diamond商務機

。圖6展示了飛機在降落設置時1000Hz和2000Hz的噪聲定位圖結果。對于1000Hz噪聲，我們確定了更高振幅（紅色表示）的噪聲源是在主起落架附近，靠近襟翼的外邊緣和發動機噴管的地方。對于2000Hz噪聲，我們發現噪聲源靠近發動機噴管，主起落架和前起落架，但不會出現在襟翼的外邊緣處。通過這個測試，我們展示了對飛行中飛機的多個噪聲源進行定位的技術。

我們會繼續提高噪聲源定位技術的度，并開發更深入的噪聲源屬性評估，如噪聲光譜。

圖6：顯示飛機處于降落設置（放下襟翼，放下起落架，發動機怠速，高度60米，飛行速度60米/秒，水平飛行）時，在1000Hz和2000Hz時的噪聲源