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航空发动机试车台噪声声功率谱技术研究

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航空发动机试车台噪声声功率谱技术研究

一、噪声信号分析

声波与振动紧密相关，任何机械振动都会激发周围既有弹性又有惯性的空气做疏或密交变的压缩波向外传播，形成声波。人耳接收到这种空气压力的扰动，由听觉神经传至大脑使人听到的声波称为声音。人耳听觉范围为20Hz~20KHz,低于20Hz的声波叫次声，高于20KHz的声波叫超声.

引起空气质点振动的物体叫声源，传播声波的物质叫媒质。声源与媒质是产生声波的必要条件。常见的媒质有气体、液体和固体，在气体中声波的传播方向与质点振动位移的方向相同，称为压缩波或纵波。在液体中声波的传播方向与质点运动方向相垂直，被称为剪切波或横波。在固体中声波传递复杂，既有纵播也有横波。本文只讨论声波在空气中的传播问题。声波传递的空间称为声场，声场的存在说明了声波的矢量性。振动量(位移、速度和加速度)只是时间的函数而声波的波动量(声压、声强等)不仅是时间的函数同时也是空间的函数。

人耳对声音有很高的灵敏度和极大的动态范围。从听觉心理上讲，人们可以把不想要的声音都列为噪声。它与听者的主观要求密切相关。比如舞者可以把一首歌视为乐音，而想要入睡的人可能认为这是一种噪声。因此噪声与声波本身的特性并没有必然的关系。

在物理上单一振动频率的声波，使人听到的声音叫纯音。例如音叉在自由振动时所发出的声音。许多相互有关的纯音组成复音，人们听到的音乐大多为复音。复音中频率最低的谐音称为基音，其余的都称为基音的泛音。从这个意义上讲噪声也可定义为许多不同频率与强度的声波无规律的、间歇的或随机的组合。这种噪声声波在时域为杂乱无章的信号，在频域是一个连续的宽带频谱。在稳定的噪声声场中应该有稳定的噪声特征参数。

通常机械结构都比较复杂，例如车、船、飞机或机床等都是由许多元件所组成，工作原理也异常复杂，所以它们的工作噪声通常是复杂的函数，检测到的声波信号也是如此。在机械学中人们往往把复杂的运动系统简化为线性系统，认为复杂振动形态是许多简谐振动的线性组合。这种假设虽不十分严谨，但是在工程上却很实用，既保持了一定的分析精度又简化了分析的方法。

二、发动机试车噪声分析

试验与研究中采用的测量分析系统见图1，主要由NI-DAQ6024E采集卡、日本RION公司生产的NI-60型声级计和计算机组成该系统。

图1噪声信号采集、处理系统

由于风吹到传声器上时，传声器膜片上压力会产生变化，从而引起风噪声。为了降低风噪声的影响，选用一种用多孔尼龙细网做成的风罩，将风罩套在电容传声器头上，就可以大大衰减风噪声，而对于声音却无衰减，从而提高了在有风环境下测量的准确性.

在实现数据采集过程中，采用NI一DAQ6024E便携式采集卡，这款采集卡最大采样率可达200kS/s，输入电压为±0.05V到±10V，采集速度快，满足噪声采样的要求且体积很小，可以直接插入笔记本电脑中，将声级计与计算机方便的联系起来，对于实地采集非常有利。

在实际测量中，将声级计前端探头和后边的数字显示表用30米的延长线连接，使和计算机连接的显示表部分与试验人员一起，而让前端的探头在延长线的移动范围内活动，这样不仅利于室内的安装也利于室外噪声的移动测量。

试车工作时除发动机这个主要噪声源外，还有来自厂房表面复合反射形成较为复杂的混响声场。混响的程度与房间大小、壁面的吸声系数有关。为减少这种混响效果，目前试车间内都采用了一定的降噪设计，如在试车间及进气部分，观察间内壁广泛采用内填玻璃丝绵的吸声筒或板，主要用以吸收250Hz以上的噪声能量。排气部分采用消音引射筒加装特制的消音墙结构。观察间与设备间通道加装两组双层门构成的消音斗室。采用侧面观察窗结构，减小双层观察窗面积，采用工业电视作为辅助观察手段。增设传感器间，广泛采用电动操纵杆，尽量减少由试车间直通观察间的接管箱，进入观察间的测试及控制电缆均采用全封闭的电桥桥架，并用玻璃丝绵填封电缆桥架或地沟内的气隙，所以被测环境可以认为属于半混响声场，应该指出要在现有条件下详细进行试车间、观察间室内声学的各种观测比较困难，但是利用混响条件下室内声场在很大范围内基本为不变值这一特点，选取适当的观测点即可方便地求出室内噪声声压级。由于仪器的限制，在距声源6米的地方安装了声级计的探头，进行了试车间内整体噪声的测量。

除了混响声场的影响，还要考虑其它声源的存在而产生的背景噪声对测量结果的影响。背景噪声的存在对噪声测量的影响是:它增加了我们要测量的噪声。背景噪声会影响测量的准确性，但可以按照图2进行修正。例如测量某发动机噪声，当机器未开动时，测量背景噪声为76dB，开动机器测得总噪声级(包括机器噪声和背景噪声)为83dB，两者