CN103017891A - 一种热噪声联合环境下噪声测试方法 - Google Patents

一种热噪声联合环境下噪声测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于航空强度试验领域，特别是涉及到一种热噪声联合环境下噪声测试方法。包括测试准备的步骤、探管传声器频响修正的步骤、探管传声器位置修正的步骤。本发明是在噪声高达165dB、温度高达1000℃的强噪声高温联合加载环境下的测试方法，使用本方法可以得到热噪联合加载环境下噪声声压值。本发明和隔热盒法比较，测量声压的环境温度得到提高，测量精度也得到改善。本发明不仅可应用于航空领域，还可应用于航天领域。本发明所采用的装置结构简单可靠、所采用的计算方法计算量较少、可较好的应用于热噪声联合环境下的试验，为热噪声试验提供可靠的测量手段。

Description

一种热噪声联合环境下噪声测试方法
技术领域
本发明属于航空强度试验领域，特别是涉及到一种热噪声联合环境下噪声测试方法。
背景技术
随着航天飞机和高速民用飞机的发展，飞机执行飞行任务的环境条件更为复杂和多变，飞机结构设计面临巨大挑战。影响因素主要包括推进***噪声、边界层噪声、边界层气动热载荷、局部振动等。这些有害因素引起的结构动响应及动态疲劳难以预计，需要通过验证试验对设计的可靠性进行验证。对于振动、高强噪声、热环境载荷的联合模拟可以通过行波试验装置实现。
高强噪声、热环境联合试验可简称热噪声试验。随着热噪声试验需求的增加，实验室现有行波管的试验能力得到了扩充。行波试验能力扩充后，其最高工作温度在1000℃左右，需要在高温环境下测量及控制声载荷，而实验室现有的噪声测量传感器最高工作温度只有700℃。因而需自己开发出代替的测量装置。
发明内容
发明目的：提供一种热噪声联合环境下噪声测试方法，本方法所采用的装置结构简单可靠、计算量较少、可较好地应用于热噪声联合环境下的试验。
技术方案：一种热噪声联合环境下噪声测试方法，也即对行波管7内的声压进行测量，包括以下步骤：
步骤一、测试准备：在行波管前段、中段及后段，各安装多个丹麦B&K公司生产的4182探管传声器，前后两个传声器处于低温区，也即行波管的1、5位置，在行波管前部布置两个4182探管传声器，也即行波管的5、6位置，在行波管中部布置三个4182探管传声器，也即行波管的2、3、4位置，在行波管的后部布置一个4182探管传声器；也即行波管的1位置；
步骤二、测试的步骤：700℃以下时直接用4128探管传声器测量行波管的声压，其公式如下：
P=PL+PH+PT（1）
其中：
P为行波管声压级
PL为行波管中段探管传声器测量结果
PH为探管传声器频响修正
PT为探管传声器温度修正
700℃以上时行波管中部的探管传声器已不能继续使用，只有通过前部和后部的探管传声器的测量结果估算行波管中部的声压级，其公式如下：
PG=PGL+PGH+PGT+PGP（2）
其中：
PG为试验段声压级
PGL为冷区探管传声器测量结果平均
PGH为探管传声器频响修正
PGT为探管传声器温度修正
PGP为探管传声器位置修正
PGT值由传声器厂家提供；为得到PGH和PGP值，需要做专门测定试验步，骤如下：
步骤2.1:PGH测定
使用5、6位置，其余位置用堵头堵死；
2.1.1：在5、6位置分别布置2510M4A传声器，测量结果记为Mic5、Mic6，按试验谱形和量级加载声场，测量各点声压值；
2.1.2：Mic5布置在6位置，Mic6布置在5位置，测量结果记为Mic5-6、Mic6-5，按试验谱形和量级加载声场，测量各点声压值；
2.1.3：Mic6安装回原来位置，测量结果记为Mic6p，5位置安装探管传声器，测量结果记为Mic5p，按试验量级和谱形加载声场，使点6位置处温度稳定在100℃，测量各点声压值；则得到：
PGH=Mic6p－Mic5p+(Mic6－Mic5+Mic6-5－Mic5-6)/2（3）
步骤2.2：PGp测定
2.2.1：在1、3、5位置布置探管传声器，测量结果分别记为Mic1p、Mic3p、Mic5p，其余位置用堵头堵死，加气流，使扬声器达到供气压力，打开加热灯箱，逐渐升高温度，监视3位置、6位置处的温度，保证3位置处温度不能超过600℃；
2.2.2：以3位置的温度为参考温度，分别在以下温度下进行测定：100℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃；按试验谱形和量级加载声场，记录各位置的声压和温度，对各测量结果按照公式（1）进行修正，则某温度下的PGp为：
PGp=Mic3p－(Mic1p+Mic5p)/2（4）
2.2.3：对不同温度下的PGp做线性拟合，外推到1000℃，得到1000℃下的PGp值。
有益效果：本发明是在噪声高达165dB、温度高达1000℃的强噪声高温联合加载环境下的测试方法，可以得到热噪联合加载环境下噪声声压值。现有的方法采用隔热盒法研发了高温测试装置，可在650℃下测量声压。本发明和隔热盒法比较，测量声压的环境温度得到提高，测量精度也得到改善。本发明不仅可应用于航空领域，还可应用于航天领域。例如：发动机喷嘴、航天飞机热防护***、运载火贮箱，都需要在热噪声联合环境下进行试验，这种测试技术就可以得到应用。这种测试方法所采用的装置结构简单可靠、所采用的计算方法计算量较少、可较好的应用于热噪声联合环境下的试验，为热噪声试验提供可靠的测量手段。
附图说明
图1为本发明测试准备过程探管传声器布置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述，请参阅图1。一种热噪声联合环境下噪声测试方法，也即对行波管7内的声压进行测量，包括以下步骤：
步骤一、测试准备：在行波管前段、中段及后段，各安装多个丹麦B&K公司生产的4182探管传声器，前后两个传声器处于低温区，也即行波管的1、5位置，在行波管前部布置两个4182探管传声器，也即行波管的5、6位置，在行波管中部布置三个4182探管传声器，也即行波管的2、3、4位置，在行波管的后部布置一个4182探管传声器；也即行波管的1位置；
步骤二、测试的步骤：700℃以下时直接用4128探管传声器测量行波管的声压，其公式如下：
P=PL+PH+PT（1）
其中：
P为行波管声压级
PL为行波管中段探管传声器测量结果
PH为探管传声器频响修正
PT为探管传声器温度修正
700℃以上时行波管中部的探管传声器已不能继续使用，只有通过前部和后部的探管传声器的测量结果估算行波管中部的声压级，其公式如下：
PG=PGL+PGH+PGT+PGP（2）
其中：
PG为试验段声压级
PGL为冷区探管传声器测量结果平均
PGH为探管传声器频响修正
PGT为探管传声器温度修正
PGP为探管传声器位置修正
PGT值由传声器厂家提供；为得到PGH和PGP值，需要做专门测定试验步，骤如下：
步骤2.1:PGH测定
使用5、6位置，其余位置用堵头堵死；
2.1.1：在5、6位置分别布置2510M4A传声器，测量结果记为Mic5、Mic6，按试验谱形和量级加载声场，测量各点声压值；
2.1.2：Mic5布置在6位置，Mic6布置在5位置，测量结果记为Mic5-6、Mic6-5，按试验谱形和量级加载声场，测量各点声压值；
2.1.3：Mic6安装回原来位置，测量结果记为Mic6p，5位置安装探管传声器，测量结果记为Mic5p，按试验量级和谱形加载声场，使点6位置处温度稳定在100℃，测量各点声压值；则得到：
PGH=Mic6p－Mic5p+(Mic6－Mic5+Mic6-5－Mic5-6)/2（3）
步骤2.2：PGp测定
2.2.1：在1、3、5位置布置探管传声器，测量结果分别记为Mic1p、Mic3p、Mic5p，其余位置用堵头堵死，加气流，使扬声器达到供气压力，打开加热灯箱，逐渐升高温度，监视3位置、6位置处的温度，保证3位置处温度不能超过600℃；
2.2.2：以3位置的温度为参考温度，分别在以下温度下进行测定：100℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃；按试验谱形和量级加载声场，记录各位置的声压和温度，对各测量结果按照公式（1）进行修正，则某温度下的PGp为：
PGp=Mic3p－(Mic1p+Mic5p)/2（4）
2.2.3：对不同温度下的PGp做线性拟合，外推到1000℃，得到1000℃下的PGp值。
本发明方法所要解决的问题是，在1000℃条件下如何对行波管内声压进行测量。现有传声器探头最高只能耐受700℃，如何提高传声器工作的温度上限呢？行波管的1、5位置(见附图)温度较低，可用传声器直接测量声压，而3位置温度高不能用传声器直接测量声压。如果能找到3位置声压和1、5位置声压的关系(即前文提到的PGP),并且得到700℃以下这个关系PGP随温度变化的规律，外推到1000℃，就可通过1、5点声压计算出3点的声压。以上是步骤2.2中提到的内容。另外步骤2.1中的内容是测定PGH，其实就是测定探管传声器的频响，因为探管传声器的频响一般需要进行修正。步骤一为试验前准备。
实例：下面通过实例，对本发明做进一步详细说明。实例中的声压用1/3倍频程形式表示。声压具体值用分贝(dB)表示，参考为20μPa。
步骤一：为试验前准备，按要求安装即可
步骤二：前面为公式的定义和解释
步骤2.1PGH测定。试验于155dB，6位置100℃时进行。详细试验数据和结果见下表1。
表1
Figure BDA00002564739100071
Figure BDA00002564739100081
步骤2.2PGP测定。试验分别于1位置声压155dB，3位置温度700℃、500℃、300℃条件下进行。详细试验数据和结果见下表2-表4。
表2300℃时试验结果。
Figure BDA00002564739100082
Figure BDA00002564739100091
表3500℃时试验结果。
Figure BDA00002564739100092
Figure BDA00002564739100101
表4700℃时试验结果。
对不同温度下的PGP进行线性拟合。对于300℃、500℃、700℃下已测定PGP，分别记为：PGP-300，PGP-500，PGP-700。拟合结果1000℃下的PGP记为：PGP-1000。详细拟合数据见下表5。
表5
频率(Hz) PGP-300(dB) PGP-500(dB) PGP-700(dB) PGP-1000(dB)
31.5 -5.3 -6.9 -10.7 -15.1
40 -4.6 -8.9 -12.1 -15.0
50 -6.6 -10.8 -12.8 -17.8
63 -8.4 -12.6 -15.2 -20.6
80 -5.9 -13.4 -16.3 -24.9
100 -1.8 -17.1 -20.2 -36.0
125 -4.8 -20.1 -22.1 -37.2
160 -10.4 -20.2 -22.6 -28.0
200 -14.0 -16.4 -19.2 -23.0
250 -15.6 -16.4 -18.7 -20.8
315 -12.9 -23.5 -26.3 -37.8
400 -16.9 -21.2 -22.1 -26.6
500 -18.9 -21.9 -22.9 -26.2
630 -19.4 -23.2 -23.9 -27.8
800 -17.0 -24.8 -25.1 -32.4
1000 0.8 -2.8 -26.2 -37.0
1250 -2.4 -2.0 -2.0 -1.6
1600 0.1 0.6 0.8 1.3
2000 -0.6 0.1 0.1 0.8
2500 -0.3 3.3 3.1 6.3
3150 -0.6 1.0 1.7 3.6
4000 -0.4 -1.9 -1.7 -3.0
5000 -1.0 1.0 0.7 2.4
6300 -0.5 1.3 1.0 2.5
8000 -0.8 0.5 0.0 0.9
10000 -0.9 1.5 0.9 2.8
至此已测定了，温度为1000℃时的位置修正量PGP。对于1位置声压为155dB，3位置的温度为1000℃时，3位置的声压值可以通过1、5位置的声压和位置修正量PGP来估算。
本发明是在噪声高达165dB、温度高达1000℃的强噪声高温联合加载环境下的测试方法，可以得到热噪联合加载环境下噪声声压值。现有的方法采用隔热盒法研发了高温测试装置，可在650℃下测量声压。本发明和隔热盒法比较，测量声压的环境温度得到提高，测量精度也得到改善。本发明不仅可应用于航空领域，还可应用于航天领域。例如：发动机喷嘴、航天飞机热防护***、运载火贮箱，都需要在热噪声联合环境下进行试验，这种测试技术就可以得到应用。这种测试方法所采用的装置结构简单可靠、所采用的计算方法计算量较少、可较好的应用于热噪声联合环境下的试验，为热噪声试验提供可靠的测量手段。

Claims (1)

1.一种热噪声联合环境下噪声测试方法，也即对行波管7内的声压进行测量，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、测试准备：在行波管前段、中段及后段，各安装多个丹麦B&K公司生产的4182探管传声器，前后两个传声器处于低温区，也即行波管的1、5位置，在行波管前部布置两个4182探管传声器，也即行波管的5、6位置，在行波管中部布置三个4182探管传声器，也即行波管的2、3、4位置，在行波管的后部布置一个4182探管传声器；也即行波管的1位置；
步骤二、测试的步骤：700℃以下时直接用4128探管传声器测量行波管的声压，其公式如下：
P=PL+PH+PT（1）
其中：
P为行波管声压级
PL为行波管中段探管传声器测量结果
PH为探管传声器频响修正
PT为探管传声器温度修正
700℃以上时行波管中部的探管传声器已不能继续使用，只有通过前部和后部的探管传声器的测量结果估算行波管中部的声压级，其公式如下：
PG=PGL+PGH+PGT+PGP（2）
其中：
PG为试验段声压级
PGL为冷区探管传声器测量结果平均
PGH为探管传声器频响修正
PGT为探管传声器温度修正
PGP为探管传声器位置修正
PGT值由传声器厂家提供；为得到PGH和PGP值，需要做专门测定试验步，骤如下：
步骤2.1:PGH测定
使用5、6位置，其余位置用堵头堵死；
2.1.1：在5、6位置分别布置2510M4A传声器，测量结果记为Mic5、Mic6，按试验谱形和量级加载声场，测量各点声压值；
2.1.2：Mic5布置在6位置，Mic6布置在5位置，测量结果记为Mic5-6、Mic6-5，按试验谱形和量级加载声场，测量各点声压值；
2.1.3：Mic6安装回原来位置，测量结果记为Mic6p，5位置安装探管传声器，测量结果记为Mic5p，按试验量级和谱形加载声场，使点6位置处温度稳定在100℃，测量各点声压值；则得到：
PGH=Mic6p－Mic5p+(Mic6－Mic5+Mic6-5－Mic5-6)/2（3）
步骤2.2：PGp测定
2.2.1：在1、3、5位置布置探管传声器，测量结果分别记为Mic1p、Mic3p、Mic5p，其余位置用堵头堵死，加气流，使扬声器达到供气压力，打开加热灯箱，逐渐升高温度，监视3位置、6位置处的温度，保证3位置处温度不能超过600℃；
2.2.2：以3位置的温度为参考温度，分别在以下温度下进行测定：100℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃；按试验谱形和量级加载声场，记录各位置的声压和温度，对各测量结果按照公式（1）进行修正，则某温度下的PGp为：
PGp=Mic3p－(Mic1p+Mic5p)/2（4）
2.2.3：对不同温度下的PGp做线性拟合，外推到1000℃，得到1000℃下的PGp值。
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