一种燃气轮机辐射声场增强和干扰削减方法

本发明属于机械结构声辐射信号处理，特别是一种燃气轮机辐射声场增强和干扰削减方法。

背景技术：

1、燃气轮机是一种重要的动力装置，其工作时振动超标影响燃气轮机运行可靠性与安全性，且其结构噪声由于衰减慢、辐射距离远也会直接影响工作人员以及周围居民的正常生活。因此，燃气轮机的减振降噪对于提高其使用寿命和改善周围工作环境具有重要意义，而精确进行燃气轮机噪声控制的前提是获得其有效的辐射声场。

2、统计最优近场声全息(statistically optimized near-field acousticholography，sonah)是一种非常有效的噪声源识别、定位与声场可视化方法，是通过近场测试获取足够多低空间频率传播波和高空间频率倏逝波成分并利用空间变换算法重建出声源表面声压或预测整个三维声场中各处的声压。

3、利用sonah重构或预测三维声场需要测试获得噪声源附近的二维声场。然而，燃气轮机体积巨大导致声场测试需要大量传声器以及相匹配的并行通道。过少的传声器无法测试到足够多的信息，导致无法进行后续的声场可视化。过多的传声器会急剧增加成本，同时，数据采集仪器的通道数目也限制了过多传声器的使用。

4、因此，如何在少量传感器测试情况下恢复足够多的测点信息，利用恢复后的二维声压重构或预测整个三维声场，能降低声场重构误差，并提高空间声场的分辨率是急需的。

5、在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种燃气轮机辐射声场增强和干扰削减方法，在少量传感器测试情况下恢复足够多的测点信息，利用恢复后的二维声压重构或预测整个三维声场，能降低声场重构误差，并提高空间声场的分辨率，实现声场数据增强。

2、本发明的目的是通过以下技术方案予以实现，一种燃气轮机辐射声场增强和干扰削减方法包括，

3、步骤1，采用燃气轮机实验台的低高压转子作为研究对象以模拟燃气轮机结构噪声；

4、步骤2，布置声压传感器构成平面测量面测量得到全息声压数据；

5、步骤3，基于全息声压数据和声源结构求解等效波模型；

6、步骤4，基于等效波模型根据待插值点位置坐标得到波函数辐射位置，采用统计最优近场声全息对插值面单元波函数矩阵进行拓展，得到同时包含测量点与插值点的传递矩阵；

7、步骤5，利用所述全息声压数据以及所述传递矩阵进行声场原位重构得到插值数据。

8、所述的燃气轮机辐射声场增强和干扰削减方法中，低高压转子为柱形。

9、所述的燃气轮机辐射声场增强和干扰削减方法中，柱形的轴向长为0.8m、半径为0.35m。

10、所述的燃气轮机辐射声场增强和干扰削减方法中，插值面单元波函数矩阵拓展包括，

11、空间中含有l个结构上相对独立的相干源，选取l个波函数集合，全息面上的m为m×n个测量点处每个单元波函数的值表示为矩阵形式的全息面单元波函数矩阵：

12、

13、式中，ф(kj，rh)为j阶单元波函数，kj为采样点，j＝1，2，...，n，rh表示全息面空间位置，rhm表示全息面上网格点位置，上标l表示第l个结构声源，l＝1，2，...，l。

14、对全息数据进行插值需要将重建面也设置在全息面相同位置上。一般情况下，重建面上仅有m＝m×n个重构点，保持重构面的面积不变，将m×n个网格点等间距划分为q＝(2m-1)×(2n-1)个网格点，得到波函数辐射位置。

15、重建面(即插值面)的单元波函数矩阵和全息面单元波函数矩阵形式相同，仅将rh替换成rs。对数据进行二倍插值，需要将q＝(2m-1)×(2n-1)个插值网格点代入到重建面的单元波函数矩阵中，得到拓展的插值面单元波函数矩阵：

16、

17、式中，rs表示插值面空间位置，rsq表示插值面上网格点位置；

18、将l个单元波函数矢量按序组合成一个矩阵，得到这组波函数集的传递矩阵，用公式可分别简写为以下形式

19、a(rh)＝[a1(rh)，a2(rh)，…，al(rh)]t                (3)

20、α(rs)＝[α1(rs)，α2(rs)，…，αl(rs)]t          (4)

21、式中，a(rh)为组合的全息面单元波函数矩阵，α(rs)为组合的插值面的拓展单元波函数矩阵。

22、所述的燃气轮机辐射声场增强和干扰削减方法，利用所述全息声压数据以及所述传递矩阵进行声场原位重构得到插值面数据：

23、

24、其中，ph为全息声压数据，上标t表示矩阵转置，上标+表示矩阵的广义逆，c(rs)为拓展的传递矩阵。

25、和现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明所述的燃气轮机辐射声场增强和干扰削减方法适用于衰减慢、辐射距离远的燃气轮机结构噪声声场数据插值，在少量传感器测试情况下恢复足够多的测点信息，利用恢复后的二维声压重构或预测整个三维声场，能降低声场重构误差，并提高空间声场的分辨率。本发明采用统计最优近场声全息重构插值点数据，克服了现有方法带来的窗效应和卷绕误差，同时具有可利用小面积测试阵列分步多次测试数据，实现大体积燃气轮机声场测试的优点。采用等效波模型拟合实际燃气轮机噪声源分布情况，改善现有技术的等效源法需要设置大量等效源的复杂操作，同时使声场传播模型更符合实际燃气轮机结构噪声辐射规律，进而使得插值后的声场信息更接近真实声场信息。针对燃气轮机结构噪声声场进行插值，可在少量传感器测试情况下恢复足够多的测点信息，利用恢复后的二维声压重构或预测整个三维声场，能降低声场重构误差，并提高空间声场的分辨率，实现声场数据增强，同时具有自动削减干扰的功能，有助于定位燃气轮机内部噪声源与获取燃气轮机空间辐射声场。

技术特征：

1.一种燃气轮机辐射声场增强和干扰削减方法，其特征在于，其包括，

2.根据权利要求1所述的燃气轮机辐射声场增强和干扰削减方法，其特征在于，优选的，低高压转子为柱形。

3.根据权利要求2所述的燃气轮机辐射声场增强和干扰削减方法，其特征在于，柱形的轴向长为0.8m、半径为0.35m。

4.根据权利要求1所述的燃气轮机辐射声场增强和干扰削减方法，其特征在于，插值面单元波函数矩阵拓展包括，

5.根据权利要求4所述的燃气轮机辐射声场增强和干扰削减方法，其特征在于，利用所述全息声压数据以及所述传递矩阵进行声场原位重构得到插值面数据：

技术总结
公开了一种燃气轮机辐射声场增强和干扰削减方法，方法中，采用燃气轮机实验台的低高压转子作为研究对象以模拟燃气轮机结构噪声；布置声压传感器构成平面测量面测量得到全息声压数据；基于全息声压数据和声源结构求解等效波模型；根据待插值点位置坐标得到波函数辐射位置，采用统计最优近场声全息对插值面单元波函数矩阵进行拓展，得到同时包含测量点与插值点的传递矩阵；利用所述全息声压数据以及所述传递矩阵进行声场原位重构得到插值数据，实现声场数据增强。

技术研发人员：成玮,欧凯,宋超,陈爽,陈雪峰,高琳,聂泽琳,刘一龙,杨明绥,闫力奇,黄海
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13