推进泵噪声的声纹特征分析及特征线谱提取方法研究

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作为推进泵减振降噪与低噪声设计的基础前提,充分揭示推进泵辐射噪声的关键影响因素与形成机理具有重要意义。推进泵辐射噪声中线谱噪声辨识度强、对总体噪声贡献度高,可在一定程度上表征推进泵的工作状态和结构信息,是推进泵辐射噪声研究中所关注的重点。而在推进泵中,由于导叶、叶轮及其他构件间的相互影响,其线谱噪声产生机理更为复杂;并且在某些环境下,噪声信噪比低也致使线谱噪声的识别提取相对困难,给推进泵噪声机理分析带来难度。本文以推进泵的声纹特征及噪声特征线谱提取方法为中心展开研究,以某前置导叶推进泵与某双级推进泵为对象,重点研究了低信噪比条件下推进泵噪声特征线谱的提取方法、推进泵的主要声纹特征与特征线谱噪声模型,具体内容如下:(1)基于Lab VIEW的推进泵噪声测试与分析系统开发。其中涵盖了传感器、数据采集等硬件系统实现,以及信号分析、显示等软件模块的实现。该系统支持同步对多通道传感器信号实时采集,各通道信号同时分析、显示及存储,具有操作简单、经济高效等优势。基于系统的信号分析模块,可实现对噪声的频段能量分布特点、特征频段总声压量级、频谱特征等声纹特征分析。(2)基于空泡水洞试验平台的单级推进泵和双级推进泵辐射噪声测量与声纹特征分析。首先,开展了水洞背景噪声的试验研究,在此基础上,研究不同工况下推进泵噪声的声纹特征变化规律,以及工况特征参数与噪声主要特征的关联性。结果表明,推进泵噪声能量主要集中在中低频段。噪声各特征频段的声压级均随流速增长,并且流速变化对推进泵噪声能量分布和总声压级的影响主要体现在中低频段。(3)基于推进泵噪声试验数据进行推进泵声信号模型研究。结合推进泵声信号产生的机理和声信号特征,对声信号进行了组分分析。基于推进泵声信号的循环平稳特性和各组分的特点,对匀速运转工况下的无空化声信号建立了调幅调制信号模型,为研究特征提取方法奠定基础。采用循环平稳分析方法对多信噪比的仿真信号进行了特征提取分析,结果表明,循环平稳分析方法具有较高的提取精度和抗噪性能。(4)基于循环平稳分析算法的推进泵噪声特征线谱提取研究。首先,采用二阶循环平稳统计量,对两种推进泵噪声进行了特征线谱提取,提取了轴频和叶频及其谐频等低频线谱成分。为了进一步分析噪声调制特性以及验证循环平稳分析方法的提取效果,采用CFD数值模拟获得了推进泵脉动力特征,发现循环平稳分析方法提取出的低频线谱成分可以与非定常脉动力的特征线谱相对应,说明循环平稳分析方法是实现推进泵噪声特征线谱提取的有力工具。基于特征提取结果,研究推进泵噪声内隐含的调制关系,发现推进泵声信号具有强烈的调制特征,其中轴频和动叶叶频为主要的调制频率。随着流速的增大,动叶叶频的调制贡献度也将明显增大。本文研究了推进泵噪声的声纹特征,提出了低信噪比条件下推进泵噪声特征线谱的提取方法,可用于复杂环境干扰条件下的低频声特征提取,从而为推进泵的低噪声设计和目标识别等的研究和工程应用提供支撑。
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