圖1：帶有參考麥克風(fēng)的近場聲全息和掃描測量系統(tǒng)

　　挑戰(zhàn)：開發(fā)一個(gè)測量目前和下一代軍事飛機(jī)的高幅值噴氣噪聲的便攜式近場聲全息(NAH)系統(tǒng)，以提供模型修正和對(duì)比，評(píng)估噪聲控制設(shè)備性能以及預(yù)測地面維護(hù)人員的狀況和社區(qū)受到的噪聲影響。

　　解決方案：開發(fā)一個(gè)基于NI PXI動(dòng)態(tài)信號(hào)采集(DSA)設(shè)備的高性價(jià)比的系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有良好的便攜性、靈活性、可擴(kuò)展性和高精度等優(yōu)勢;通過增加數(shù)據(jù)采集通道數(shù)和移動(dòng)麥克風(fēng)陣列可擴(kuò)大被測區(qū)域并縮短測量時(shí)間，同時(shí)將NAH的技術(shù)需求以及噴氣噪聲測量的環(huán)境條件和安全限制結(jié)合在一起。

　　“利用LabVIEW軟件的靈活性，我們能夠定制監(jiān)控與數(shù)據(jù)驗(yàn)證功能。”

　　為什么空軍研究實(shí)驗(yàn)室需要測量噴氣引擎噪聲

　　軍用噴氣式飛機(jī)對(duì)地面維護(hù)人員和社區(qū)都帶來高強(qiáng)度的噪聲。因此，美國國防部投資開發(fā)高級(jí)建模工具用于噪聲抑制技術(shù)和對(duì)社區(qū)噪聲影響的研究。要讓這些工具實(shí)現(xiàn)其所有功能，我們需要?jiǎng)?chuàng)新的測量與分析方法，對(duì)噴氣噪聲源區(qū)域進(jìn)行特征采集。近場聲全息系統(tǒng)(NAH)提供了最佳通用方法，測量強(qiáng)度、方向和頻譜以及從噴口發(fā)出的噪聲的空間分步。

　　空軍研究實(shí)驗(yàn)室選擇了藍(lán)嶺調(diào)研咨詢公司(BRRC)開發(fā)創(chuàng)新的測量和分析方法，對(duì)噴氣引擎中發(fā)出的噪聲進(jìn)行特征提取和映射。BRRC是一家聲學(xué)工程咨詢公司，專攻解決重要的噪聲和振動(dòng)挑戰(zhàn)，其中包括聲音和噪聲源測量、通用與專用建模、音景和運(yùn)輸噪聲可視化、室外警報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及旋轉(zhuǎn)機(jī)器監(jiān)視。BRRC與楊百翰大學(xué)(BYU)聲學(xué)研究組合作開發(fā)了這一應(yīng)用。

　　使用NAH的挑戰(zhàn)

　　使用NAH進(jìn)行大型噴流環(huán)境的特征處理和測量矩陣的開發(fā)給工作帶來了多個(gè)技術(shù)和后勤難題。對(duì)軍用噴氣飛機(jī)的近場進(jìn)行精確的特征提取要求我們能夠記錄聲壓高達(dá)170 dB、頻率從5 Hz至30 kHz的聲音。此外，測量需要涵蓋整個(gè)噴流長度。NAH系統(tǒng)還必須是半便攜式的，因?yàn)檐娪脟姎怙w機(jī)可以進(jìn)行靜態(tài)大功率引擎高速運(yùn)轉(zhuǎn)的的地點(diǎn)是有限的。

　　圖2：一架F-22啟動(dòng)一架F-22飛機(jī)的燃燒器后，使用NAH進(jìn)行地面引擎運(yùn)轉(zhuǎn)測量

　　這個(gè)通道測試裝置的一個(gè)重要要求是簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，將啟動(dòng)時(shí)間和成本降到最低。為了測量的空間大小足夠?qū)φ麄€(gè)噴氣噪聲來源進(jìn)行特征采集，同時(shí)盡可能減少麥克風(fēng)使用數(shù)量，我們提出了使用基于掃描的麥克風(fēng)陣列結(jié)合靜止參考麥克風(fēng)的方案。