一种旋翼飞行器的全局主动降噪方法与流程

技术特征：
1.一种旋翼飞行器的全局主动降噪方法，其特征在于，包括：通过测量装置测量旋翼飞行器的噪声；以所述噪声的声压信号为输入，利用傅里叶声学分析方法与声压边界条件，得到旋翼旋转区域外噪声解的函数表达形式；根据声全息方法构建声学模态系数与测量装置阵列声压信号的关系函数，提取最优声学模态系数，预测旋翼噪声声全息声场；根据所述旋翼噪声声全息预测声场，利用声场重构方法分析所要重构的目标声场；以所述最优声学模态系数为输入，利用声模态匹配关系，提取单极子声源群的控制信号；利用自适应最优相位搜索方法对所述单级子声源群控制信号的在线调节，从而对旋翼噪声的全局主动降噪与自适应控制。2.根据权利要求1所述的全局主动降噪方法，其特征在于，所述以所述噪声的声压信号为输入，利用傅里叶声学分析方法与声压边界条件，得到旋翼旋转区域外噪声解的函数表达形式，进一步包括：当旋翼桨尖速度小于音速时，旋翼噪声方程可简化为式(1)，旋翼旋转区域外噪声满足无源齐次波动方程式(2)，引入傅里叶变换进行推导；无源齐次波动方程式(2)，引入傅里叶变换进行推导；其中，p为声压，c为声速，v
n
为桨叶表面的法向运动速度，ρ0为空气密度，l
i
为单位面积介质的载荷，f(x,t)＝0为物面运动方程，δ(f)函数表明厚度和载荷噪声源仅分布在桨叶表面，为面声源，r,θ,φ分别为观测点与原点距离、仰角、方位角，ω为噪声频率，为波数；在球坐标系中，测量装置的布置位置表示为式(3)，球坐标系声学波动方程的频域形式为式(4)r
j
＝(r
j
,θ
j
,φ
j
), j＝1
…
j (3)则基于傅里叶声学分析方法的满足索默菲尔德辐射条件的旋翼噪声解的级数展开形式为式(5)其中，c
m,n
(k)为声模态系数，为一阶spherical hankel函数，y
nm
(θ,φ)为球谐函数。3.根据权利要求2所述的全局主动降噪方法，其特征在于，所述根据声全息方法构建声学模态系数与测量装置阵列声压信号的关系函数，提取最优声学模态系数，进一步包括：根据hels方法在指定基函数中对测量点噪声声压信号进行最佳逼近，以估计最优
声学模态系数，声学模态系数与麦克风阵列测量点声压信号满足如下关系：声学模态系数，声学模态系数与麦克风阵列测量点声压信号满足如下关系：利用最小二乘法解得最优声学模态系数为：{c
m,n
(k)}＝([ψ
(1)
]
h
[ψ
(1)
])
‑1[ψ
(1)
]
h
{p
d
}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)4.根据权利要求3所述的主动降噪方法，其特征在于，所述根据所述旋翼噪声声全息预测声场，利用声场重构方法分析所要重构的目标声场，进一步包括：球坐标系下扬声器阵列的布置位置可表示为r
s
＝(r
s
,θ
s
,φ
s
),s＝1
…
s，则位于r
s
的单极子声源辐射声场在原点展开形式为式(9)其中，q
s
为扬声器质量源强度，q
s
＝
‑
iωρ0q
s
，q
s
为扬声器体积源强度；扬声器阵列所产生的声场可表示为式(10)，声场重构的目标声场应满足式(11)所示关系系5.根据权利要求4主动降噪方法，其特征在于，所述以所述最优声学模态系数为输入，利用声模态匹配关系，提取单极子声源群的控制信号，进一步包括：结合式(10)和式(11)，以最优声学模态系数作为输入，基于声模态匹配关系得到式(12)，通过改变扬声器阵列控制信号，当源强度满足式(12)时，即可产生旋翼噪声反向声场，该式的矩阵形式可表示为式(13)
‑
式(17)。ikjtq＝
‑
c
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)q＝[q1ꢀ…ꢀ
q
s
]
ts
×1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)(14)(14)其中，矩阵q代表了扬声器阵列各单元的声源强度，矩阵t表明扬声器阵列产生的声模
态空间的无关向量组由其布置方位角φ
s
和仰角θ
s
决定。而扬声器阵列布置半径r
s
决定了扬声器阵列辐射各声模态的效率，反应在对角矩阵j的函数j
n
(kr
s
)对阶数n的低通特性。矩阵t一般并非方阵，采用正则化技术求解式(15)，计算得扬声器阵列控制信号。6.根据权利要求1所述的全局主动降噪方法，其特征在于：所述声场重构方法包括高阶环境立体声法、波场合成法、球谐分解法中的一种或多种。7.根据权利要求1所述的全局主动降噪方法，其特征在于：所述自适应最优相位搜索方法为固定方向的指数型相位在线搜索方法。8.根据权利要求7所述的全局主动降噪方法，其特征在于：在旋翼反向声场重构过程中，当相位因旋翼转速波动所产生的变化超出阈值时，利用所述自适应最优相位在线搜索方法来更新相位与扬声器阵列控制信号，实现反向声场重构的自适应性。9.根据权利要求1所述的全局主动降噪方法，其特征在于：在桨叶旋转区域外布置测量装置以及次级声源产生装置，所述测量装置用于采集测量点处的噪声声压信号数据，所述次级声源产生装置用于控制信号调节与反向声场重构。10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8任一项所述的全局主动降噪方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种旋翼飞行器的全局主动降噪方法，包括：旋翼测量点处噪声声压信号的采集、旋翼噪声声全息声场预测、旋翼噪声反向声场重构和基于最优相位搜索的自适应声场调节；相对于现有的被动与主动降噪方法，基于声全息与声场重构的全局主动降噪方法无需改变旋翼翼型或引入复杂的机械结构，仅需在机体周围布置若干测量装置和次级声源，避免了系统复杂度与成本代价的增加，该方法具有更高的实用价值与降噪效果；另外，相对于基于自适应滤波算法的传统旋翼噪声有限点处局部降噪，基于声全息和声场重构的降噪方法一致性更优，能够实现真正的旋翼全局降噪。现真正的旋翼全局降噪。现真正的旋翼全局降噪。


技术研发人员：许细策 陆洋 邵梦雪
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2021.06.09
技术公布日：2021/9/21