使用LabVIEW和PXI定位飛行過(guò)程中飛機(jī)的噪聲源

　　挑戰(zhàn)：

　　開(kāi)發(fā)一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)來(lái)定位飛行過(guò)程中飛機(jī)的噪聲源。

　　解決方案：

　　基于NI LabVIEW軟件搭建一個(gè)應(yīng)用程序，并使用NI PXI硬件從布置在跑道上的相位麥克風(fēng)陣列采集數(shù)據(jù)。

　　研究客機(jī)上的噪聲源

　　為了能開(kāi)發(fā)出更為安靜的客機(jī)，我們必須定位所有的噪聲源，以加強(qiáng)我們對(duì)噪音生成原理的認(rèn)識(shí)。在開(kāi)發(fā)一架飛機(jī)時(shí)，我們可以通過(guò)數(shù)值分析和模型測(cè)試預(yù)測(cè)噪音等級(jí)。然而，實(shí)際飛機(jī)噪音的屬性和特性只能在實(shí)際飛行測(cè)試中才能獲得。利用聲音波束成形技術(shù)來(lái)定位噪音源定位是一種有效可行的方法。波束成形是一種使用相位麥克風(fēng)陳列定位噪聲源的方法，同時(shí)能獲得噪聲源的振幅。雖然我們?cè)贘AXA項(xiàng)目上小型模型飛機(jī)的風(fēng)洞測(cè)試和飛行測(cè)試中已經(jīng)發(fā)展并改進(jìn)了這項(xiàng)技術(shù)，但還未曾將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際飛行的飛機(jī)中。2009年，我們擁有了一架小型Mitsubishi MU-300 Diamond商務(wù)機(jī)。2010年，我們開(kāi)始在跑道上設(shè)置了相位麥克風(fēng)陳列，通過(guò)噪聲源定位測(cè)量來(lái)驗(yàn)證我們現(xiàn)有的技術(shù)，并找到可以提高的空間。

　　相位麥克風(fēng)陣列的測(cè)量

　　相位陣列包含了許多麥克風(fēng)，分布在一個(gè)大直徑的范圍上。利用噪聲源的聲波到達(dá)每個(gè)麥克風(fēng)時(shí)間的微小差別，我們可以估算出每個(gè)噪聲源的位置和強(qiáng)度。在這個(gè)測(cè)試中，我們?cè)O(shè)計(jì)了相位陣列來(lái)辨識(shí)飛行于120米高度的飛機(jī)上兩個(gè)相距4米的1kHz音頻信號(hào)。這個(gè)相控陣列包含了99個(gè)麥克風(fēng)，分布在一個(gè)直徑30米的圓形區(qū)域上。

　　飛行中的噪聲源定位測(cè)試必須包括飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)，聲覺(jué)測(cè)量，飛機(jī)飛過(guò)相位陣列時(shí)的位置、高度和速度。因?yàn)轱w機(jī)產(chǎn)生的噪音傳輸?shù)降孛嫔消溈孙L(fēng)的過(guò)程中會(huì)被大氣削弱，因此我們還需要記錄氣象數(shù)據(jù)，例如風(fēng)向、速度、溫度和濕度

　　圖1：跑道上的相位陣列和線掃描攝像機(jī)

　　圖2：相位麥克風(fēng)陣列

　　圖3：線掃描攝像機(jī)

　　我們系統(tǒng)主要的一個(gè)特性是能對(duì)聲音和飛行參數(shù)進(jìn)行同步測(cè)量。我們將兩臺(tái)線掃描攝像機(jī)與地面上的相位陣列放置在一起，從而完成了這個(gè)測(cè)試。如圖1所示，這兩臺(tái)攝像機(jī)分別直立在飛機(jī)飛行方向的兩個(gè)側(cè)邊。攝像機(jī)能捕捉經(jīng)過(guò)飛機(jī)的同步圖像，并提供3D信息以便于我們分析飛機(jī)飛行速度和高度。另一臺(tái)電腦通過(guò)獲取的聲音數(shù)據(jù)同步進(jìn)行噪聲定位處理。這些數(shù)據(jù)會(huì)在飛機(jī)飛過(guò)相位陣列后很快進(jìn)行結(jié)合，從而將噪聲源地圖疊加顯示在飛機(jī)圖像上。