闭口风洞内飞行器机体气动噪声阵列测试关键技术研究

大型民用飞机的起降噪声是获取民航适航证的关键指标之一，在起降阶段由于增升装置和起落架的打开、以及发动机推力管理，导致机体成为了主要噪声源。为此在设计阶段需要在风洞中测试、评估气动噪声指标，需要发展相应的关键测试技术。针对气动噪声测试，闭口风洞具有流场品质好，但是背景噪声大等优缺点。本研究针对闭口风洞研究相应的噪声源成像技术及其科学方法，研究内容包括：（1）传声器阵列的设计和优化；（2）壁湍流噪声消除；（3）传声器阵列测试新方法；（4）闭口风洞测试段声学设计和实际试验。取得的重要结果有：（1）在传声器阵列测试信号处理方法上提出了我们自己的新方法，在国际主流期刊如JASA, AIAA J, JFM发表SCI论文12篇；（2）形成了系统、有效的阵列测试系统软硬件设计及相关科学方法，成功改造目前国内乃至亚洲最大的低速低湍流度风洞测试段，在80米／秒风速下飞行器声源成像动态范围达20分贝。总的来说，我们的研究工作结合空气动力学、声学和信号处理技术三个方面，推进了空气动力学新型测试技术及科学方法的发展，相关测试技术已经用于实际型号研发，有力的支撑了大飞机计划的顺利实施。

大型飞机的起降噪声是获取民航适航证的关键指标。在起降阶段由于起落架和增升装置完全打开，来自机体的气动噪声和发动机噪声量级相当，因此在我国的大飞机计划中必须重视机体气动低噪声设计。在闭口风洞内基于麦克风阵列设备测试机体噪声源强度分布是重要的设计手段之一，由于国内目前还十分缺乏相关实验技术和理论的研究积累，本项目为此规划研究大型民机设计中所急需的闭口风洞内气动噪声阵列实验关键技术，重点探索相关前沿基础理论，主要研究作为技术核心的大规模阵列信号处理算法，发展我们自主提出的阵列观测器新方法，并根据国内风洞设施实际情况相应设计和完善气动噪声阵列测试设备和测试技术。在本项目中我们将基于对机体噪声气动来源的物理理解，结合理论推导、数值计算和实验验证等研究手段，对数值模型、扬声器模型、实际飞行器机体模型的噪声源定位逐步开展实验工作，最终为闭口风洞内的气动噪声阵列实验建立严谨的理论体系和完备的测试技术。

本项目拟针对高速列车低噪声头型设计这一关键问题，以CAA分析和优化分析作为基本手段，探索高速列车流线型关键设计参数与气动噪声的影响规律。具体而言，本项目首先探讨以气动噪声作为优化目标进行气动外形优化设计的可能性，就高效的气动噪声计算方法和优化算法等进行详细分析，以便降低气动噪声计算和优化计算的时间代价，形成高效精确的气动噪声优化分析流程。同时优化过程需要兼顾列车承受气动力的影响，因而这是一个多目标多学科优化问题。针对流线型具体的关键设计参数，确定满足噪声规范要求的设计参数范围，获得设计参数对气动噪声的影响规律，以及不同设计参数耦合作用时气动噪声的变化规律。在此基础上，获得基于关键设计参数的气动噪声近似计算公式。本项目的研究是对基础问题中机理和规律的深化，也是促进与工程应用衔接的重要环节，有助于促进高速列车流线型低噪声设计能力的提升。