声学原理_第四讲-2013.pdf

1§§1.5 声源基本发声机理与理论声源基本发声机理与理论§1.5.1 引言§1.5.2 基本声源发声机理与理论§ 1 5 2 1 单极子源发声机理§ 1.5.2.1 单极子源发声机理§ 1.5.3.2 偶极子源发声机理§ 1.5.4.3 四极子源发声机理§ 1.5.4.5 运动点源机理§ 1.5.4.4 声源基本理论1§ 1.5.3 分布声源§ 1.5.4 辐射阻抗§ 1.5.5 航空噪声源§§ 1.5.2 基本声源分类基本声源分类22§§ 1.5.2 基本声源分类基本声源分类monopoledipole3Longitudinal quadrupoleLateral quadrupole§§1.5.2.1 单极子源发声机理单极子源发声机理一个具有脉动质量流的点源单极子源辐射声场无指向性（静止流场中）典型的单极子：–镶进一个大障板的扬声器；–来自一个排气管的脉动喷气；–爆炸的炸弹；4–倾角为零的螺旋桨；–变压器铁芯磁致伸缩产生的膨胀和收缩；3单极子源发声机理单极子源发声机理5亚音速超音速两个非常接近、相位相反的单极子质量中心产生运动，存在净动量偶极子具有指向性呈8字图形§§1.5.2.2 偶极子源发声机理偶极子源发声机理偶极子具有指向性，呈8字图形运动的偶极子源：纵向（亚音、超音）横向（亚音、超音） 典型的偶极子：–直升机桨涡干涉噪声 –风扇/出口导流叶片压气机(涡轮)转/静干涉噪声6–风扇/出口导流叶片、压气机(涡轮)转/静干涉噪声 –倾角不为零的螺旋桨 –风吹电线产生的哨声 –乐器上振动的弦4纵向偶极子纵向偶极子7亚音速超音速横向偶极子横向偶极子8亚音速超音速5阵风/翼型干涉噪声阵风/翼型干涉噪声9阵风/叶栅干涉噪声阵风/叶栅干涉噪声106§§ 1.5.2.3 四极子源发声机理四极子源发声机理两个非常接近、相位相反的偶极子应力声源无净质量流率与净作用力Lateral quadrupole应力声源，无净质量流率与净作用力四极子具有指向性：纵向、侧向（取决于应力方向）典型的四极子：Longitudinal quadrupole11– 喷流噪声（混合层，喷流啸音）（混合层，喷流啸音）– 湍流脉动发声混合层的演变混合层的演变127超音速喷流啸音（Ma=1.42)超音速喷流啸音（Ma=1.42)13§§1.5.2.4 运动点源运动点源如图所示，声源在A点 发射，以速度U向前运动 ，经过秒后到B点，t*A再经t-秒后，B点发出 的声波达到观察点C(观 察点坐标) ，此时声源与观察点的 距离可以表示为： {}1/2222123()()rc txUxxtt**=-=-++{}123,,x xx=XBCA（1）t*14{}123()()rc txUxxtt++ t*t*由上式可以得到一个关于发射时间的二次方程，从而 解出：（1）822221/ 211232[()(1)()] (1)aaactM xxUtMxx cMt*--+-+=-(2)§§1.5.2.4 运动点源运动点源(续续)()a将(2)代入(1)可得222222 21/21112322221/2()[()(1)()] 1 (){[()](1)}aaaaaaaMxUtMxUtMxxxU trM MUtMUtMUtXXX--+-++-=- --+--=1521aM-(3)由上式不难看出，对于亚音速运动，r只有一个正的实根；对于超 音速运动，r存在两个正实根的条件为：(4)222[()](1)0MUtMUt-+XX§§1.5.2.4 运动点源运动点源(续续)(4)或：(5)其中，马赫角：[()](1)0aaMUtMUt+>XX21()/1aaaMU t MMU t--<-aMX X2 1111iaMp-O1611cossin2aaaMMpa--==

1()cosaUt MUtd--=-aMX X17§§ 1.5.2.5 声源基本理论声源基本理论qxv ti 00)(连续方程： xtiiij i ii xTfxctv 20)(ijiTfqc2022 2 22 动量方程：包含源项的非齐次波动方程：18jiiixxxtxct022单极子偶极子四极子单极子偶极子四极子10§§ 1.5.3 分布声源分布声源若源区并非足够小即构成分布声源分布声源可用多个基本点声源来描述分布声源可用多个基本点声源来描述从空间分布来看，分布声源包括线源、面源与体源，空间辐射声场在数学上对应着线积分、面积分与体积分在距离声源很远的地方, 分布声源), ,(bbLrr19在距离声源很远的地方, 分布声源仍可看作点声源), ,(sobobLrr§§1.5.3 分布声源（示意图）分布声源（示意图）2011§§1.5.4 辐射阻抗辐射阻抗辐射阻抗辐射阻抗表述媒质对振动面运动的反作用，其定义为辐射力与表面速度的比Fv)/(vF为辐射力与表面速度的比。

– 辐射力辐射力是在运动方向上表面压力的总和，它对于克服辐射压力对声源的反作用是必要的；– 辐射阻抗包括辐射阻辐射阻和辐射抗辐射抗两部分辐射阻的rFv)/(vFv21存在表明有声功率辐射，而辐射抗是由振动时附加的同振质量引起的§§1.5.5 航空噪声源航空噪声源主要航空噪声源:主要航空噪声源:飞机机体噪声（高升力装置、起落架 ）声爆航空发动机气动噪声风扇/压气机噪声涡轮噪声22燃烧噪声喷流噪声12Thank you very much for your attention!23飞机机体噪声飞机机体噪声High lift deviceSlat24Landing gear 返回Tandem cylinder13声爆（声爆（Sonic Booms）的物理现象）的物理现象25NASA拍摄的超音速飞机产生的激波声爆的物理现象声爆的物理现象26F14战斗机声爆近场14声爆现象的数值模拟声爆现象的数值模拟27X43分离过程的数值模拟结果声爆影响范围示意图声爆影响范围示意图28波阵面在三维空间中是锥面15声爆的物理特性声爆的物理特性◆飞行器的速度超音时，其前端与尾部会分别出 现一道激波由激波产生的噪音就是声爆。

◆声爆会影响飞行器经过的区域，影响范围呈放 射状散开，造成很大程度的噪声污染◆声爆是一种脉动声源，所以对飞行器的结构29有一定的破坏作用返回典型大涵道比涡扇发动机声源典型大涵道比涡扇发动机声源30返回16喷流噪声喷流噪声31返回燃烧噪声燃烧噪声32返回17桨/涡干涉噪声桨/涡干涉噪声33返回风扇气动噪声风扇气动噪声34返回。