本發(fā)明屬于航空發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲測(cè)試的,涉及基于多測(cè)量貝葉斯壓縮感知的風(fēng)扇聲模態(tài)分解方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù):
1、隨著大涵道比渦扇航空發(fā)動(dòng)機(jī)的廣泛應(yīng)用,風(fēng)扇噪聲在航空發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲中逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位,引起了廣泛的社會(huì)關(guān)注。風(fēng)扇噪聲按照其形成方式分為各階葉片通過(guò)頻率下的單音噪聲及分布在整個(gè)頻域的寬頻噪聲,其中,在噪聲頻譜中,單音噪聲強(qiáng)度顯著大于其余噪聲成分,是風(fēng)扇噪聲的主導(dǎo)成分。對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇進(jìn)行精細(xì)化降噪設(shè)計(jì)需要深刻理解單音噪聲中聲模態(tài)產(chǎn)生和傳播方式,而單音噪聲模態(tài)結(jié)構(gòu)的分解與聲模態(tài)的測(cè)量對(duì)此具有重要的指導(dǎo)作用。
2、使用環(huán)形麥克風(fēng)陣列分解航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇單音噪聲周向聲模態(tài)是目前航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇噪聲聲模態(tài)分解領(lǐng)域最常用的手段。經(jīng)典均勻布局的傳聲器陣列具有測(cè)試成本高、測(cè)試系統(tǒng)復(fù)雜等缺點(diǎn),難以應(yīng)用于真實(shí)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)管道聲模態(tài)測(cè)量。基于非均勻布局l1范數(shù)稀疏正則化的聲模態(tài)監(jiān)測(cè)壓縮感知模型,受正則化參數(shù)的影響較大,往往會(huì)低估轉(zhuǎn)靜干涉主導(dǎo)模態(tài)幅值,不具備參數(shù)自適應(yīng)的特點(diǎn)。
3、鑒于此,亟需提供一種能精確識(shí)別扇噪聲聲模態(tài)階數(shù)和幅值的系統(tǒng)及方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了克服上述問(wèn)題,本發(fā)明提出基于多測(cè)量貝葉斯壓縮感知的風(fēng)扇聲模態(tài)分解方法及系統(tǒng),所述方法包括:步驟1,根據(jù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇單音噪聲周向主導(dǎo)聲模態(tài)最高階次和模態(tài)監(jiān)測(cè)范圍,確定沿航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇機(jī)匣周向布置的最大麥克風(fēng)數(shù)量及其安裝位置角度;步驟2,從確定的安裝位置角度中隨機(jī)選定給定數(shù)量的麥克風(fēng)位置,根據(jù)所述模態(tài)監(jiān)測(cè)范圍與選定的麥克風(fēng)位置構(gòu)建多測(cè)量向量貝葉斯壓縮感知模型,所述給定數(shù)量不大于最大麥克風(fēng)數(shù)量;步驟3,基于多測(cè)量向量貝葉斯壓縮感知模型,對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇周向主導(dǎo)聲模態(tài)進(jìn)行測(cè)量。所述方法能自動(dòng)適應(yīng)不同的轉(zhuǎn)速工況進(jìn)行聲模態(tài)測(cè)量,具有更好的魯棒性,從而完成了本發(fā)明。
2、具體來(lái)說(shuō),本發(fā)明的目的在于提供以下方面:
3、第一方面,提供一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇聲模態(tài)測(cè)量方法,所述方法包括:
4、步驟1,根據(jù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇單音噪聲周向主導(dǎo)聲模態(tài)最高階次和模態(tài)監(jiān)測(cè)范圍,確定沿航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇機(jī)匣周向布置的最大麥克風(fēng)數(shù)量及其安裝位置角度;
5、步驟2,從確定的安裝位置角度中隨機(jī)選定給定數(shù)量的麥克風(fēng)位置,根據(jù)所述模態(tài)監(jiān)測(cè)范圍與選定的麥克風(fēng)位置構(gòu)建多測(cè)量向量貝葉斯壓縮感知模型,所述給定數(shù)量不大于最大麥克風(fēng)數(shù)量;
6、步驟3,基于多測(cè)量向量貝葉斯壓縮感知模型,對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇周向主導(dǎo)聲模態(tài)進(jìn)行測(cè)量。
7、所述步驟1包括以下步驟:
8、步驟1-1,根據(jù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉片數(shù)量與靜子葉片數(shù)量獲取航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇單音噪聲周向主導(dǎo)聲模態(tài)最高階次和模態(tài)監(jiān)測(cè)范圍;
9、步驟1-2,根據(jù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇單音噪聲周向主導(dǎo)聲模態(tài)最高階次確定沿航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇機(jī)匣周向布置的最大麥克風(fēng)數(shù)量及其安裝位置角度。
10、在步驟1-1中,航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇單音噪聲周向主導(dǎo)聲模態(tài)階次具有如下表示:;
11、其中,表示由風(fēng)扇轉(zhuǎn)靜干涉造成的非定常氣動(dòng)力所引起的壓力脈動(dòng)階次;為為靜子產(chǎn)生的畸變的空間諧波;為轉(zhuǎn)子葉片數(shù)量;為靜子葉片數(shù)量。
12、可選地,=1。
13、其中,航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇單音噪聲周向主導(dǎo)聲模態(tài)最高階次表示為,其比航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇單音噪聲周向主導(dǎo)聲模態(tài)階次m中的最大絕對(duì)值大2~3。
14、在步驟1-1中,模態(tài)監(jiān)測(cè)范圍為。
15、在步驟1-2中,沿航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇機(jī)匣周向布置的最大麥克風(fēng)數(shù)量為。
16、所述步驟2包括以下步驟:
17、步驟2-1,根據(jù)給定的麥克風(fēng)安裝數(shù)量,從確定的麥克風(fēng)安裝位置選定個(gè)位置進(jìn)行麥克風(fēng)的安裝,并采集聲壓時(shí)域信號(hào);
18、步驟2-2,將聲壓時(shí)域信號(hào)由矩形窗分為多段快照信號(hào);
19、步驟2-3,分別對(duì)快照信號(hào)做快速傅里葉變化,構(gòu)建觀測(cè)矩陣;
20、步驟2-4,基于模態(tài)監(jiān)測(cè)范圍與個(gè)麥克風(fēng)安裝位置,構(gòu)建感知矩陣;
21、步驟2-5,基于感知矩陣與觀測(cè)矩陣,構(gòu)建多測(cè)量向量貝葉斯壓縮感知模型。
22、在步驟2-1中,給定的麥克風(fēng)數(shù)量為6~10個(gè)。
23、第二方面,提供一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇聲模態(tài)測(cè)量系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括:
24、聲壓時(shí)域信號(hào)測(cè)量模塊,其用于根據(jù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇單音噪聲周向主導(dǎo)聲模態(tài)最高階次和模態(tài)監(jiān)測(cè)范圍,確定沿航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇機(jī)匣周向布置的最大麥克風(fēng)數(shù)量及其安裝位置角度;
25、感知模型構(gòu)建模塊,其用于從確定的安裝位置角度中隨機(jī)選定給定數(shù)量的麥克風(fēng)位置,根據(jù)所述模態(tài)監(jiān)測(cè)范圍與選定的麥克風(fēng)位置構(gòu)建多測(cè)量向量貝葉斯壓縮感知模型;
26、聲模態(tài)計(jì)算模塊,其用于基于多測(cè)量向量貝葉斯壓縮感知模型,對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇周向主導(dǎo)聲模態(tài)進(jìn)行測(cè)量。
27、本發(fā)明所具有的有益效果包括:
28、(1)本發(fā)明使用較少的麥克風(fēng)測(cè)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇單音噪聲聲模態(tài)的測(cè)量,傳統(tǒng)的聲模態(tài)測(cè)量方法中要求麥克風(fēng)數(shù)量大于等于最高模態(tài)階數(shù)的兩倍,即本發(fā)明所述方法相比傳統(tǒng)的聲模態(tài)測(cè)量方法,降低了麥克風(fēng)的安裝數(shù)量。
29、(2)本發(fā)明采用快速邊際似然最大化算法對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇周向主導(dǎo)聲模態(tài)進(jìn)行測(cè)量,相比于經(jīng)典l1范數(shù)的求解方法,測(cè)量精度大幅提高。
30、(3)本發(fā)明提供的航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇聲模態(tài)測(cè)量方法,結(jié)合了單音噪聲聲模態(tài)在波數(shù)域的結(jié)構(gòu)稀疏先驗(yàn),建立少測(cè)點(diǎn)、非均勻麥克風(fēng)布局下的多測(cè)量向量貝葉斯壓縮感知測(cè)量模型,具有稀疏度自適應(yīng)的特點(diǎn),無(wú)需手動(dòng)設(shè)置稀疏度、正則化系數(shù)等參數(shù),能自動(dòng)適應(yīng)不同的轉(zhuǎn)速工況進(jìn)行聲模態(tài)測(cè)量;且有效提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇單音噪聲周向聲模態(tài)測(cè)量的準(zhǔn)確性,實(shí)現(xiàn)扇噪聲模態(tài)階數(shù)和幅值的精確識(shí)別。
1.一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇聲模態(tài)測(cè)量方法,其特征在于,所述方法包括:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,優(yōu)選的,所述步驟1包括以下步驟:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法,其特征在于,在步驟1-1中,航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇單音噪聲周向主導(dǎo)聲模態(tài)階次具有如下表示:;
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法,其特征在于,=1。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法,其特征在于,航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇單音噪聲周向主導(dǎo)聲模態(tài)最高階次表示為,其比航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇單音噪聲周向主導(dǎo)聲模態(tài)階次m中的最大絕對(duì)值大2~3。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法,其特征在于,在步驟1-1中,模態(tài)監(jiān)測(cè)范圍為。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法,其特征在于,在步驟1-2中,沿航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇機(jī)匣周向布置的最大麥克風(fēng)數(shù)量為。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法,其特征在于,所述步驟2包括以下步驟:
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法,其特征在于,在步驟2-1中,給定的麥克風(fēng)數(shù)量為6~10個(gè)。
10.一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇聲模態(tài)測(cè)量系統(tǒng),其特征在于,所述系統(tǒng)包括: