均匀流中静止及旋转声源实时识别与声场分离方法研究

Sound source identification techniques are usually restricted to static media. However, in practice, there are lots of demands on sound source identification in moving media. Because of the difference of propagation of sound in different media, the techniques in static media cannot be used for sound source identification in moving media directly. And therefore, it is very important to study the techniques for identifying sound sources in moving media. Unfortunately, most of existing sound source identification techniques in moving media cannot identify the sources in real time, and there are still many problems to be solved in the identification of rotating sources, the quantification of source strengths, and the applications in non-free field and mixed field. In order to resolve these problems, this project will provide a new time-domain equivalent source method-based technique for identifying stationary and rotating sources in a uniformly moving medium, and will present the method for separating the sound field generated by stationary sources and that by rotating sources. Moreover, some modifications of the proposed method will be made when it is applied to different situations, and the instability associated with it will be analyzed. Based on these theoretical studies, a measuring and analyzing system will be developed and utilized for experimental studies. It is possible for the studies in this project to provide a new tool for identifying sound sources in uniformly moving media, and promote the development of relevant theory and its practical applications.

现有的声源识别方法主要是针对静态媒质条件，而在实际工程中，存在大量的流动媒质中声源识别问题，由于此时声波的传播规律发生了改变，采用静态媒质中方法无法准确识别声源，因此开展流动媒质中声源识别方法研究具有非常重要的实际意义。然而，已有的流动媒质中声源识别方法大多无法实现声源的实时识别，且在旋转声源识别、声源强度量化、非自由声场和混合声场中应用等方面仍存在诸多问题。鉴此，本项目拟围绕均匀流中声源识别问题，建立均匀流中静止及旋转声源实时识别的时域等效源法，并提出均匀流中静止声源与旋转声源的声场分离方法；同时根据实际应用环境的不同对上述方法进行修正，并解决其中的非稳定性问题，形成完善的均匀流中静止及旋转声源实时识别与声场分离方法理论。基于以上理论，研制相应的测量分析系统，开展实验研究。该项目研究成果有望为流动媒质中声源识别提供新的技术手段，对推动相关理论的发展及其在实际工程中的应用具有重要意义。

已有的声源识别方法主要是针对静态媒质条件，对于流动媒质条件，由于声波传播规律和影响因素发生了改变，采用静态媒质中方法无法准确识别声源。本项目针对均匀流中声源识别与声场分离问题，提出了均匀流中静止声源识别的时域等效源法，均匀流中旋转声源识别的时域等效源法，均匀流中静止声源与旋转声源的声场分离方法，以及反射面、剪切层、传声器自噪声等影响消除和时域求解过程的非稳定性问题抑制方法，构建了完善的均匀流中静止及旋转声源实时识别与声场分离方法理论。项目搭建了风洞试验装置，研制了测量分析系统，并开展了管道内喇叭声源、管道内外圆柱绕流气动声源、旋转喇叭声源、无人机旋翼噪声源等实验研究，取得了良好的效果。在Journal of the Acoustical Society of America、AIAA Journal等国际权威刊物和国内外重要学术会议上发表高水平学术论文31篇，已被SCI检索24篇，项目负责人以第一/通讯作者发表SCI检索论文19篇；申请国家发明专利13项，9项已获授权；累计参加国际学术会议14人次，参加国内会议18人次，共同组织省级学术交流会3次，邀请国内外知名学者交流5人次；博士生赴国外高水平大学联合培养1人次；1名青年教师获得国家自然科学基金面上项目资助，1名青年教师晋升为教授并获得中国振动工程学会青年科技奖；培养了博士研究生11人(6位已获学位)、硕士研究生8人(6位已获学位)；项目负责人还担任了中国振动工程学会理事、安徽省振动工程学会秘书长、《振动与冲击》期刊编委、ISWAV 2019国际会议组委会委员等职务。此外，基于本项目研究成果，还开发了噪声源识别软件，并已交付米勒贝姆振动与声学系统（北京）有限公司销售，实现了理论成果的产品转化；通过与前期主持的国家自然科学基金项目研究成果集成，还获得了教育部、安徽省、上海市以及中国机械工业联合会等省部级科技奖励二等奖4项。