[发明专利]飞行器上的设备风扇噪声的主动噪声消除

说明书

用于飞行器上的强制空气式加热或冷却系统的改进的主动噪声消除系统采用管道，该管道具有耦合到风扇单元的近端，以在管道的远端的方向上夹带气流。参考传感器定位在管道的近端内。提供了一种用于以实质上不阻碍气流的方式将音频控制信号注入气流中的部件。误差传感器定位在管道的远端，误差传感器在该远端响应于由气流携带的声音，包括音频控制信号。耦合到参考传感器和误差传感器的电子电路提供噪声减低控制信号以激励控制换能器，从而通过相消干涉实质降低风扇单元的至少一个噪声谐波。

技术领域

本公开总体上涉及计算机和航空电子设备的强制空气式(forced air)加热或冷却系统中的噪声减低。更具体地，本公开涉及部署在飞行器上的受限空间中的设备加热或冷却风扇中的主动噪声减低。

背景技术

本节提供与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。

现代飞行器填充有生成热量的航空电子系统、飞行控制计算机和其他计算机设备。这些电子系统需要冷却以防止精密组件发生故障或永久性损坏。作为一般经验法则，为避免对基于微处理器的系统中的组件造成永久性损坏，取决于所使用的组件的类型，最好避免温度持续超过+60至+80摄氏度。工业级组件具有-40C至+85C的工作范围；而商业级组件具有有限得多的工作范围，通常为0C至+70C。组件的结温是决定元件是否将永久损坏或将发生性能劣化的关键因素。因此，通过强制空气式热传递进行温度控制是飞行器设计的一个非常重要的方面。

排热是一种艺术形式(artform)，并且飞行器系统存在于与办公楼完全不同的环境中。例如，三万英尺处的外部环境空气温度标称为-44.5摄氏度。在夏季期间，停在沙漠停机坪上的飞行器内的空气温度可能会超过+70摄氏度。尽管存在这些极端温度，但是在乘客舱中，当有人在场时，环境温度被保持在接近+20摄氏度。在设计满足电子组件温度稳定性和乘员舒适度这两种需求的热传递系统时，飞行器热工程师需要考虑这些极端温差。更复杂的是，飞行器上几乎没有可用空间来容纳大型排热风扇、大型管道系统和大型热交换器。由于空间和重量宝贵，飞行器上的排热系统需要是小型的，因此通常需要高得多的气流速率来实现充分的冷却。

通常，航空电子系统和飞行器计算机设备被容纳在位于飞行器内部区域内的机架或机柜中，通常在飞行驾驶台附近。需要为航空电子系统和其他计算机设备保持适当工作温度的冷却风扇需要移动大量空气(例如，190-286cfm)，因此采用以非常高的速度(例如，5,000至20,000rpm)运行的强大风扇。这些风扇可能会产生乘员无法忍受的非常高分贝的噪声水平。由于空间限制，在某些应用中不能使用如消声器的常规处理方法。

发明内容

所公开的系统使用主动噪声消除来极大地减弱飞行器内的设备风扇噪声，而不会占用传统消音器所需要的额外空间。所公开的系统被设计为自适应地去除通常由与转子的叶片被动频率相关的谐波支配的风扇噪声。主动噪声消除算法通过来自参考传感器(诸如参考麦克风、振动传感器、加速度计)的测量来获得参考信号，或者获得从冷却风扇的输入信号中导出的参考信号。该系统包括控制换能器，诸如扬声器或压电换能器，其生成被设计为消除风扇噪声的信号。在这种消除之后的任何残余噪声都由位于控制换能器下游的误差传感器(诸如麦克风或压电换能器)测量。误差传感器将该误差信号信息提供给主动噪声消除算法。

主动噪声消除算法优选地实现基于滤波最小均方(FxLMS)算法的自适应滤波器。该算法基于参考信号和误差信号生成提供给控制换能器的控制信号。

主动噪声消除系统的控制换能器定位在引导管道中以避免影响来自风扇的冷却流。在替代实施例中，控制换能器机械地耦合到分流器(diverter)表面，将分流器表面转换为辐射源，以将风扇噪声消除振动注入气流中。两个实施例因此实现主动噪声消除，而不会明显地干扰或增加风扇系统或其相关联的空气处理管道系统的尺寸。