CN110779616B 一种飞行试验声爆信号测量方法 （中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所）

(12)发明专利(73)专利权人中国航空工业集团公司沈阳空气审查员林宇豪高亮杰限责任公司23101本发明公开一种飞行试验声爆信号测量方2超声速飞行器在某一时刻某一位置产生的声爆信号传播到地面的水平距离x,计算公式如由此得到超声速飞行器在该时刻该位置处产生的声爆信号所对应的地面声爆信号测量位置，即在该时刻飞行器的地面坐标基础上沿飞行方向增加x距离即为地面声爆信号测量位置。3技术领域[0001]本发明属于航空气动力飞行试验技术领域，具体涉及一种飞行试验声爆信号测量方法。背景技术[0002]新一代环保型超声速民用飞机已成为世界上航空强国的热点研究领域，飞行器在超声速飞行时所引发的声爆问题一直以来都是困扰超声速民机发展的关键技术难题。高精度、高可靠性的声爆预测技术是开展低声爆超声速民用飞机气动布局设计的基础。声爆问题研究主要有三种手段，分别是数值模拟、风洞试验和飞行试验，能够在真实大气条件下进行声爆特征研究的飞行试验是声爆预测技术的直接验证手段，对发展超声速民机气动理论、建立高精度的声爆预测技术、探索声爆抑制方法等方面都具有非常重要的意义。[0003]在飞行试验中进行声爆问题的测量研究通常包括两个方面：一是在声爆信号传播到地面之前，在超声速飞行器的近场、中场或远场利用探测飞机或系留气球作为平台进行测量；二是在声爆信号传播到地面之后，在地面附近利用声学测量设备进行测量。由于地面声爆信号直接关系到人们对声爆噪声的直观感受性以及对地面建筑物的破坏性，因此迫切需要发明一种超声速飞行器地面声爆信号测量方法。发明内容[0004]基于以上不足之处，本发明提出一种飞行试验声爆信号测量方法，可以实现超声速飞行器地面声爆信号的精确测量。[0005]本发明所采用的技术如下：一种飞行试验声爆信号测量方法，如下：根据飞行马赫数、飞行高度和姿态角的参数计算得到地面声爆信号的测量位置，合理选择测量点位置与测量点数量，测量设备包括电容型低频传声器、前置放大器、数据采集器和便携式计算机，在每个测量点，采用多支电容型低频传声器并分别配置前置放大器组成传声器阵列，传声器阵列电信号连接数据采集器，数据采集器电信号连接便携式计算机，从飞行器到达测量区域上空之前开始采集数据，在成功测得声爆信号之后停止采集数据，从数据采集的时间段内分析并处理测量得到的声爆信号。[0006]所述的地面声爆信号的测量位置具体计算方法如下：根据飞行马赫数M,M>1,计算求得马赫角a,计算公式如下：[0008]根据几何声学基本理论，声射线与马赫锥相互垂直，由飞行高度h和马赫角a,计算求得超声速飞行器在某一时刻某一位置产生的声爆信号传播到地面的水平距离x,计算公式如下：[0010]由此得到超声速飞行器在该时刻该位置处产生的声爆信号所对应的地面声爆信号测量位置，即在该时刻飞行器的地面坐标基础上沿飞行方向增加x距离即为地面声爆信4号测量位置。[0011]本发明的优点及有益效果是：依据飞行参数，能算出任意时刻超声速飞行器声爆信号的传播方向以及传播到地面的具体位置，并且实现超声速飞行器地面声爆信号的精确附图说明[0012]图1是超声速飞行器地面声爆信号测量位置计算示意图；[0013]图2是超声速飞行器地面声爆信号测量系统方案图；[0014]图3是超声速飞行器地面声爆信号测量传感器组成图；具体实施方式[0016]以下结合附图实例对本发明作进一步详细描述。飞行参数计算得到地面声爆信号的测量位置。依据几何声学基本理论，声射线与波阵面相互垂直，而声射线上任一点的切线方向代表着声信号的传播方向，具体到超声速飞行器，从宏观尺度看高空飞行的飞行器可以认为是一个点声源，当飞行器作超声速飞行时，声爆信号的传播方向与马赫锥垂直，根据飞行马赫数、飞行高度、姿态角的参数，算出任意时刻超声速飞行器声爆信号的传播方向以及传播到地面的具体位置，据此得到地面声爆信号的测量位置。[0019]然后，根据声爆信号的特征以及试验特点选择最佳的测量系统组成方案。在各种类型的声压测量传感器中，电容型传声器具有灵敏度高、动态范围宽、频率响应特性好等优点，又因为声爆信号的能量主要集中在低频，因此本发明中选用电容型低频传声器，配套选择前置放大器与数据采集器，低频传声器与前置放大器之间可以通过适配器连接，前置放大器与数据采集器之间通过电缆线连接，通过网线将数据采集器与便携式计算机相连接，数据采集器采用蓄电池供电，便携式计算机用于控制采集器并实时存储声爆信号测量数[0020]最后，根据具体的飞行条件以及测量区域的环境条件合理布置测量设备，采集并存储超声速飞行器的地面声爆信号数据。在每个测量点，采用四支电容型低频传声器并分别配置前置放大器，通过四根电缆线与一台四通道数据采集器相连接，数据采集器通过一根网线与一台便携式计算机相连接。根据测量设备电池续航时间，从飞行器到达测量区域上空之前开始采集数据，在成功测得声爆信号之后停止采集数据，从数据采集的时间段内分析并处理测量得到的声爆信号。[0022]一种飞行试验声爆信号测量方法，如下首先，根据超声速飞行器的飞行参数计算得到地面声爆信号的测量位置。根据飞行马赫数M(M>1)可以计算求得马赫角a,计算公式5如下：[0024]根据几何声学基本理论，声射线与马赫锥相互垂直，由飞行高度h和马赫角a,可以计算求得超声速飞行器在某一时刻某一位置产生的声爆信号传播到地面的水平距离x,计算公式如下：[0026]由此得到超声速飞行器在该时刻该位置处产生的声爆信号所对应的地面声爆信号测量位置，即在该时刻飞行器的地面坐标基础上沿飞行方向增加x距离即为地