[发明专利]高速列车模型在声学风洞内的噪声源定位方法

说明书

本发明公开了一种高速列车模型在声学风洞内的噪声源定位方法，通过对传声器阵列形成的互谱矩阵中的每一个矩阵元素进行快速傅里叶变换；计算对于声学试验模型附近扫描平面上的任一扫描点，阵列的指向向量；计算阵列对每一个扫描点的输出功率谱；计算任意需求扫描面内的噪声幅值，从而得到高速列车在声学风洞内的噪声源图。与现有技术相比，本发明的积极效果是：能在大型声学风洞内，准确快速定位高速列车模型的气动噪声源位置，能准确给出声源传播路径，不依赖噪声源标定来修正风漂移量。其结果比数值模拟更准确、可信，比实车测量成本低、效率高，且不受铁路地形和环境天气等原因所限制。

技术领域

本发明涉及一种高速列车模型在声学风洞内的噪声源定位方法。

背景技术

在声学风洞内，一般采取麦克风阵列架来定位噪声源。由于列车模型是细长体，加上列车模型复杂，还有模拟地面的地板装置对声辐射产生反射和其他干扰。所以对高速列车噪声源的定位带来了新的困难和挑战。

现有的高速列车气动噪声源定位研究主要是通过数值计算和实车测量，数值计算在模拟湍流细节时其准确性一直都需要以试验作为参考，而实车测量时列车是运动的，测量设备是固定的，因此存在一个多普勒效应。在大型声学风洞内，从高速列车气动噪声产生和传播的原理出发，推导噪声源定位的算法和实现手段，迫切需要系统化和正规化。而不是依赖经验方法或单一频率下的噪声源标定修正算法。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提出一种高速列车模型在声学风洞内的噪声源定位方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种高速列车模型在声学风洞内的噪声源定位方法，将麦克风阵列架布置在高速列车模型侧面进行吹风试验；在试验中对所有传声器通道进行同步采集，然后进行如下数据处理：

步骤一、对传声器阵列形成的互谱矩阵中的每一个矩阵元素进行快速傅里叶变换：

其中：mm’表示1～Mic任一麦克风之间组合，K为传声器阵列数据分块数，Mic表示阵列的传声器数目，P_m'k(f)表示第m'个传声器第k段数据块的频域信号，W_s为频谱分析所选取的数据窗函数常数，上标*号表示共轭，互谱矩阵下三角矩阵通过上三角对应矩阵元素复共轭得到；

步骤二、计算对于声学试验模型附近扫描平面上的任一扫描点，阵列的指向向量：

式中，第m个传声器的指向向量为

其中：A_m为第m个传声器的剪切层振幅修正因子，R_m表示声波扫描点与传声器之间的传播距离，R_c表示阵列中心点到扫描点之间距离，τ_m表示延迟时间，且

式中，表示聚焦位置到每m个传声器的距离，ω△t_m,shear为第m个传声器在频率为ω时剪切层影响的相位修正值；

步骤三、计算阵列对每一个扫描点的输出功率谱如下：

式中，上标T表示转置，表示将阵列输出功率谱转化到单一传声器的量级，是G的归一化，单个mic用p表示；

步骤四、计算任意需求扫描面内的噪声幅值，从而得到高速列车在声学风洞内的噪声源图。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：能在大型声学风洞内，准确快速定位高速列车模型的气动噪声源位置，能准确给出声源传播路径，不依赖噪声源标定来修正风漂移量。其结果比数值模拟更准确、可信，比实车测量成本低、效率高，且不受铁路地形和环境天气等原因所限制。