[发明专利]一种管道高阶声模态发生装置及控制方法

说明书

本发明涉及一种管道高阶声模态发生装置及控制方法，装置包括模态激发管道和测量管道，沿模态激发管道的轴向布置有多个环形扬声器阵列，每个环形扬声器阵列包括多个沿模态激发管道的周向布置的扬声器；控制方法中，根据扬声器的安装位置确定各个扬声器对声模态的贡献，构造声源与模态系数的方程组，求解得到声源信息，进而控制扬声器发声形成特定声模态。与现有技术相比，本发明中扬声器沿模态激发管道的轴向和周向布置，通过管道高阶声模态控制方法，考虑扬声器的周向位置和轴向位置，可以实现周向模态和径向模态的激发，并可以同时激发和控制多个声模态，适用范围更广，并且得到的目标声模态在声场中占优。

技术领域

本发明涉及管道声模态发生控制领域，尤其是涉及一种管道高阶声模态发生装置及控制方法。

背景技术

航空发动机噪声是飞机的主要噪声来源，为了有效控制航空发动机噪声，在降噪措施实施之前，需要首先对管道内的噪声进行测试，并分析其主要噪声特性。发动机的噪声是以模态的形式在管道内传播的，模拟航空发动机噪声的常用装置是管道声模态发生器。

管道声模态发生器是通过控制齐平安装于管道外壁上的扬声器阵列，在管道内产生特定螺旋声模态的一种装置，用于模拟航空发动机噪声。现有研究中，Seiner,J.M.，Reethof,G.在National Aeronautics and Space Administration(美国国家航空航天局，NASA)发表了研究报告《Design and development of the spinning mode synthesizer》(螺旋声模态发生器的设计与开发)，在该文中介绍了美国NASA所研制的管道声模态发生器，用于研究航空发动机的噪声机理。但是，现有的管道声模态发生器只能产生单一周向声模态，且产生的周向声模态阶次受周向扬声器个数的限制，由于管道周向安装位置有限，小直径的模态发生器只能产生低阶次声模态。

公开号为107172534A的中国发明专利公开了一种构建多持人工模拟旋转声源发生器的方法，构建了多排扬声器，从而对第一排扬声器进行补偿，模拟出了模态占优情况更显著的声场，也能够通过多排扬声器产生更高模态的声场。但是，该专利提供的构建声源发生器的方法只能产生单一周向声模态，无法实现对径向声模态的控制。实际上，航空发动机管道内声场除了存在周向声模态以外，同时还存在径向声模态的传播，且多个模态同时出现。因此要求一种能同时产生一个或多个周向模态和径向声模态，现有的声模态发生器无法满足上述要求。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种管道高阶声模态发生装置及控制方法，扬声器沿模态激发管道的轴向和周向布置，通过管道高阶声模态控制方法，考虑扬声器的周向位置和轴向位置，可以实现周向模态和径向模态的激发，并可以同时激发和控制多个声模态，适用范围更广，并且得到的目标声模态在声场中占优。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种管道高阶声模态发生装置，包括模态激发管道、测量管道、扬声器单元和传声器单元，模态激发管道与测量管道连接，扬声器单元安装在模态激发管道上，传声器单元安装在测量管道上，所述扬声器单元包括多个沿模态激发管道的轴向布置的环形扬声器阵列，所述环形扬声器阵列包括多个沿模态激发管道的周向布置的扬声器。

进一步的，所述扬声器单元包括多个沿模态激发管道的轴向等间距均匀布置的环形扬声器阵列，所述环形扬声器阵列包括多个沿模态激发管道的周向等间隔角度均匀布置的扬声器。

进一步的，所述模态激发管道上安装有扬声器导管，扬声器通过扬声器导管连接至模态激发管道的管壁。

进一步的，所述传声器单元包括多个传声器，所述传声器安装在测量管道的管壁上。

进一步的，所述管道高阶声模态发生装置还包括唇口管道和末端管道，所述唇口管道与测量管道连接，所述末端管道与模态激发管道连接。