使用LabVIEW和PXI定位飛行過程中飛機的噪聲源

　　挑戰(zhàn)：

　　開發(fā)一個測量系統(tǒng)來定位飛行過程中飛機的噪聲源。

　　解決方案：

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

　　研究客機上的噪聲源

　　為了能開發(fā)出更為安靜的客機，我們必須定位所有的噪聲源，以加強我們對噪音生成原理的認識。在開發(fā)一架飛機時，我們可以通過數(shù)值分析和模型測試預測噪音等級。然而，實際飛機噪音的屬性和特性只能在實際飛行測試中才能獲得。利用聲音波束成形技術(shù)來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陳列定位噪聲源的方法，同時能獲得噪聲源的振幅。雖然我們在JAXA項目上小型模型飛機的風洞測試和飛行測試中已經(jīng)發(fā)展并改進了這項技術(shù)，但還未曾將這項技術(shù)應用于實際飛行的飛機中。2009年，我們擁有了一架小型Mitsubishi MU-300 Diamond商務機。2010年，我們開始在跑道上設置了相位麥克風陳列，通過噪聲源定位測量來驗證我們現(xiàn)有的技術(shù)，并找到可以提高的空間。

　　相位麥克風陣列的測量

　　相位陣列包含了許多麥克風，分布在一個大直徑的范圍上。利用噪聲源的聲波到達每個麥克風時間的微小差別，我們可以估算出每個噪聲源的位置和強度。在這個測試中，我們設計了相位陣列來辨識飛行于120米高度的飛機上兩個相距4米的1kHz音頻信號。這個相控陣列包含了99個麥克風，分布在一個直徑30米的圓形區(qū)域上。

　　飛行中的噪聲源定位測試必須包括飛機發(fā)動機狀態(tài)，聲覺測量，飛機飛過相位陣列時的位置、高度和速度。因為飛機產(chǎn)生的噪音傳輸?shù)降孛嫔消溈孙L的過程中會被大氣削弱，因此我們還需要記錄氣象數(shù)據(jù)，例如風向、速度、溫度和濕度

　　圖1：跑道上的相位陣列和線掃描攝像機

　　圖2：相位麥克風陣列

　　圖3：線掃描攝像機

　　我們系統(tǒng)主要的一個特性是能對聲音和飛行參數(shù)進行同步測量。我們將兩臺線掃描攝像機與地面上的相位陣列放置在一起，從而完成了這個測試。如圖1所示，這兩臺攝像機分別直立在飛機飛行方向的兩個側(cè)邊。攝像機能捕捉經(jīng)過飛機的同步圖像，并提供3D信息以便于我們分析飛機飛行速度和高度。另一臺電腦通過獲取的聲音數(shù)據(jù)同步進行噪聲定位處理。這些數(shù)據(jù)會在飛機飛過相位陣列后很快進行結(jié)合，從而將噪聲源地圖疊加顯示在飛機圖像上。