[发明专利]一种空腔模态噪声驻波分解方法

说明书

本发明公开了一种空腔模态噪声驻波分解方法，包括如下步骤：步骤一、利用空腔底面的不同测点的脉动压力数据的频谱特征对模态噪声进行分解，获得不同模态噪声幅值的空间分布；步骤二、利用空腔底面模态噪声幅值的空间分布确定模态驻波的形式。与现有技术相比，本发明的积极效果是：本发明针对空腔内壁面的脉动压力数据，提出了一种新的模态噪声驻波分析方法，本发明方法利用空腔壁面测点处的声压频谱提取出不同模态噪声在腔内的空间分布，并通过驻波理论分析模态噪声的驻波分布规律。

技术领域

本发明涉及实验流体力学领域，具体涉及一种空腔模态噪声驻波分解方法，通过对空腔驻波的形成与传播物理过程的分解实现对空腔内模态噪声分布规律和辐射特征进行分析。

背景技术

高速气流经过空腔时，因流动分离在腔上方形成剪切层，剪切层中存在多尺度旋涡的生成与运动，与空腔后缘撞击产生高强度的噪声，不仅会引起空腔结构的振动，带来结构疲劳破坏，进而影响结构的使用寿命和安全，而且还会影响飞行器内设备的正常运行，另外噪声污染还会导致人员的健康。因此，对空腔内模态噪声的产生机理和传播规律研究意义重大。

空腔中的噪声主要包含了两部分，一部分是由于流体中的微团运动引发的流致噪声(湍流噪声)，属于宽频随机噪声；另一部分是剪切层中脱落涡对空腔后缘周期性撞击产生的的模态噪声，属于具有典型激振频率的峰值噪声，其中模态噪声的能量常常较高，频率特征较明显，易引起结构共振，也是研究和抑制的重点。湍流噪声主要产生于流场中的非定常扰动，主要通过剪切层向空腔内外辐射，而模态噪声则主要从后缘向前上行传播，因而两种噪声在腔内运动时相互作用并叠加，从而形成了腔内复杂的噪声分布特征和传播规律。

风洞试验过程中，通过空腔壁面的脉动压力传感器采集附近流场中的压力脉动，其中包含了直流和交流两种成分。经过滤波处理去除直流成分，保留交流成分p(t)，通过下式计算其均方根：

从而获取脉动压力时域样本的总声压级SPL：

其中T为样本长度，p_ref为参考压力2.0×10^-5Pa。不同测点处的总声压级反映了噪声强度在腔内的总体分布状况，可以为研究腔内噪声的传播和发展提供一定的支持。然而总声压级中既包含了流致宽频离散噪声，也包含了多阶模态噪声，从中无法反映出高强度噪声中主要的成分-模态噪声的分布状况。

对于腔内模态噪声的分析，一般采用的方法是对脉动压力时域数据进行傅里叶变换，获得脉动压力在频域上的功率谱密度PSD,然后计算噪声在频域上的声压级分布即声压频谱SPFS：

声压频谱反映了噪声强度不同频率上的分布状况，其中由于纯音形式模态噪声的强度远大于宽频离散噪声，在频谱曲线中表现出强烈的峰值特征，因而从曲线中的峰值分布特征可以提取出不同模态噪声的频率和幅值。声压频谱反映了噪声在频率上的分布状况，然而其只针对单个测点的数据，因而无法反映模态噪声在空间上的分布状况。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提出了一种空腔模态噪声驻波分解方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种空腔模态噪声驻波分解方法，包括如下步骤：

步骤一、利用空腔底面的不同测点的脉动压力数据的频谱特征对模态噪声进行分解，获得不同模态噪声幅值在空间上的分布；

步骤二、利用空腔底面模态噪声幅值的空间分布确定模态驻波的形式。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

本发明针对空腔内壁面的脉动压力数据，提出了一种新的模态噪声驻波分析方法，本发明方法利用空腔壁面测点处的声压频谱提取出不同模态噪声在腔内的空间分布，并通过驻波理论分析模态噪声的驻波分布规律。