NASA格伦研究中心介绍航空发动机降噪研究中的气流与声学测量仪器

NASA格伦研究中心介绍了其研究团队在航空降噪研究中使用的测量仪器。为测量气流和声音，团队采用粒子图像测速、热线风速测量、拉曼光谱、相控阵麦克风以及连续旋转的麦克风耙等专用设备，全球航空降噪领域依靠格伦研究中心的实验数据来验证理论和噪声预测软件。针对涡扇发动机发出的恼人单音噪声，工程师可能会采用先进声衬或经过专门调校的主动噪声控制系统加以抑制，但前提是需要更多关于该单音模态构成的信息，而固定麦克风无法测得这类数据，因此格伦研究中心的工程师在上世纪90年代率先开发了使用旋转麦克风的测量方法。旋转麦克风耙已被用于多种试验，从先进噪声控制风扇试验台和9×15英尺低噪声风洞中的低速概念验证试验，到全尺寸涡扇发动机地面试验。在相控阵系统中，麦克风按一维、二维或三维方式布置，对测量数据进行适当处理后即可精确定位噪声源。格伦研究中心的Array48麦克风系统已广泛用于定位缩比喷流模型、对转开式转子风扇模型乃至全尺寸F404军用发动机的噪声源。在NASA资助下，研究人员还开发出一种方法，利用嵌入发动机风扇涵道内的麦克风确定旋转叶片上的噪声源位置。单音噪声可由周期性扰动产生，例如风扇叶片尾迹与下游静子叶片相互作用；而发动机吸入湍流空气时则会产生宽频噪声。因此，研究人员需要借助热线探针和激光多普勒测速仪，详细测量试验推进器转子上游、下游以及转子与静子之间的气流速度，以识别并抑制噪声源。这些测量结果可绘制成图，直观呈现转子造成的扰动，热线和激光多普勒测速数据也常用于验证涡扇发动机噪声估算。