飞机发动机引起的机舱噪声的高分辨率振动声学测量与分析

要了解在可听频率范围内由不同的（有时是音调的）振动源引入机身的振动传递路径是一项复杂的任务。飞机的机身采用网格状结构建造，纵向纵梁和周向框架将蒙皮层保持在适当的位置。这为振动能量传播的可能路径创建了一个网格。

为了更好地了解这个问题并测试可能的解决方案，德国航空航天中心（DLR）与达索航空合作，于2022年3月对一架研究飞机进行了大规模的振动声学测量活动。该飞机是由DLR拥有的达索猎鹰2000LX，称为ISTAR，是In-Flight Systems & Technology Airborne Research的首字母缩写。ISTAR配备两个后置发动机。识别源自这些发动机的振动传递到客舱是本项目的目标之一。为了在使用实验结构强度（STI）估计进行振动传递路径分析时获得良好的结果，高密度的传感器网格是必要的。事实上，网格密度越高越好。

为了使用有限数量的传感器实现最大数量的测量位置，使用了划行网格（rowing grid）方法。此过程将平面网格细分为顺序测量的子网格。结果随后被合并到一个完整的数据集中。DLR已经多次使用这种方法，并证明它适用于电磁振动器的可重复人工激励。

测试活动由DLR的振动测试团队在两周内进行，在机身上的1310个单独传感器位置测量机身结构的振动响应。额外的传感器被部署到压力舱壁和机舱地板上。

发动机和发动机注入的力是上述音调振动源之一。然而，由于测量系统通道和传感器的可用性有限，无法同时测量具有超过1300个加速度计位置的完整详细网格的整个机身结构。在使用运行的发动机进行测量时，由于传感器和电缆连接要求导致安装时间较长，因此也不可能使用划行网格方法。整个网格的一个特定子集用于发动机运行，重点是发动机附近的机身响应，有限数量的传感器分布在机身的整个长度上。

在测试期间将采集的数据处理到频域以获得工作变形分析，然后进一步处理以获得STI估计。

图文快览

测试期间使用的传感器配置。主要测试是使用5种配置C1到C5完成的，这些配置依次安装和测量（图a）。24个传感器固定安装在ISTAR的左侧（图b）

用于发动机测试的传感器配置。在275个传感器的配置下进行发动机运行。安装需要固定每个传感器和电缆，禁止划行网格方法

所有5种配置中存在的传感器的2σ偏差。该传感器位于机身中部，其振幅和相位偏差代表所有固定传感器

激励器和发动机激励导致的工作变形分析

总结和未来工作

在持续两周的测量活动中，DLR ISTAR在1350个位置获得了振动响应。此外，在275个位置测量了发动机引起的振动。这些数据涵盖了低频到中频范围，并且对于有限元模型更新中的计划工作具有足够的质量。此外，使用STI对能量传递路径进行了首次计算。这些在低频范围内并没有显示出很多惊喜，但这大部分是意料之中的。STI计算是可能的，并且显示了直观可行的能量流场，这一事实证明实验数据具有良好的质量和足够的空间分辨率。

对STI的深入分析需要更多的工作，并将在不久的将来完成：所提出的分析相当随意地选取了74 Hz频带。虽然它很好地代表了较低声学频率范围内的结构行为，但这完全是通过工程判断完成的。接下来的步骤包括将ODS形状转换为基本ODS或POD，以获得更宽频带中结构行为的数学表示。