亚音速湍流边界层激励下封闭空间声场近场声全息重建方法的研究

Subsonic turbulence boundary lawyer（TBL）that is exerted on the cabin surface is the leading reason of the interior cabin noise when an aircraft is in flight. Revealing the sound radiation property by reconstructing interior sound field is a key step to purposefully control the noise caused by The TBL. However, as the high wavenumber component is the major part of TBL and because of the randomness of TBL, the random error will exponentially expand during inverse sound field reconstruction and submerge the real structure sound radiation, as a result, the sound field reconstruction cannot reveal the structure sound radiation property. This project will carry on the theoretical model research of the interior sound field, which will be built according to the vibration pattern under subsonic TBL excitation and interior sound field boundary condition, and will conduct the numerical simulation and experiment verification. Research contents include theoretical model of interior sound field under subsonic TBL excitation, regularization method for interior sound field reconstruction and experiment verification for the prototype system. The results of this project will reveal the relationship between structure vibration and interior sound field under TBL excitation, provide the methodological support for cabin noise measurement using microphone array for flight test, and furnish the theoretical basis of vibration attenuation design for aircraft frame and interior noise reduction design for fuselage cabin.

飞机巡航时舱内噪声主要由舱外的亚音速湍流边界层（TBL）激励引起。重建舱段内部封闭空间声场，揭示结构声辐射规律，是飞机巡航时舱内噪声控制的关键。由于TBL激励存在随机性和高波数分量，利用现有近场声全息方法进行声场重建时，随机误差会快速放大，淹没了结构辐射声压，声场重建结果不能揭示结构振动声辐射规律。本项目根据亚音速TBL激励下结构振动特征，选取满足声场边界条件基函数，建立舱内封闭空间声场重建理论模型，并开展理论模型的数值仿真和实验研究。具体研究内容包括：建立亚音速TBL激励下封闭空间声场模型；研究亚音速TBL激励下封闭空间声场重建的正则化方法；开展声场重建原型系统在风洞内的实验研究。项目研究结果将揭示亚音速TBL激励下结构振动与封闭空间声场之间的相互关系，为进一步开展舱内封闭空间声场传声器阵列测量的飞行试验，实现飞机框架结构减振和舱内封闭空间降噪设计提供理论方法支撑。

飞机巡航时舱内噪声主要由舱外的亚音速湍流边界层（TBL）激励引起，控制民航飞机舱内噪声是提高飞机巡航状态下乘客舒适性的关键。为揭示亚音速TBL激励下结构振动的声辐射规律，提出在TBL激励下结构声辐射规律为先验知识，实现舱段内部随机声场高精度重建的新思路，为在民航飞机巡航飞行时舱段内部结构声源的识别定位提供了新方法。针对亚音速TBL激励主要引起飞行器结构辐射倏逝波，基于可实现指数衰减倏逝波声场重建的近场声全息理论，并根据声波具有空间指向性传播的物理特性，提出TBL等随机激励下封闭空间声场重建的计算模型，研究声场参数求解方法，探索TBL激励下封闭空间随机声场构建理论和结构声源识别定位方法。理论分析飞机舱内声场数学模型的正交基函数特性、声场参数正则化和优化计算方法，实验研究传声器阵列的安装位置、几何尺寸、形状、节点分布和传声器数量等参数的变化对声场重精度的作用规律，并在全消声室内用两个扬声器声源对所提方法进行实验验证。仿真和实验结果表明，该方法可实现了TBL激励下结构辐射声场的重建，为飞行器结构声源的识别定位提供更准确的结果。以本研究开发的TBL激励下声场重建理论方法为基础，在军工研制项目支持下，基于LabVIEW模块化编程环境，研发具有自主知识产权的一套完整结构声源识别定位软件系统，软件模块包括声全息数据采集、声场重构、声全息结果可视化、声场数据保存等功能。项目同时开展了用于TBL激励下新型隔声材料的要求，开展了有限元建模仿真和实验研究，取得了良好的效果。本项目研究成果将对民航飞机舱段内部的声源识别定位和减振降噪具有重要理论意义和工程应用价值。