聲學(xué)原理- 04講聲源基本發(fā)聲機(jī)理與理論

1§1.5聲源基本發(fā)聲機(jī)理與理論§1.5.1引言§1.5.2基本聲源發(fā)聲機(jī)理與理論§1.5.2.1單極子源發(fā)聲機(jī)理§1.5.3.2偶極子源發(fā)聲機(jī)理§1.5.4.3四極子源發(fā)聲機(jī)理§1.5.4.5運(yùn)動點(diǎn)源機(jī)理§1.5.4.4聲源基本理論§1.5.3分布聲源§1.5.4輻射阻抗§1.5.5航空噪聲源2§1.5.2基本聲源分類3§1.5.2基本聲源分類monopoledipoleLongitudinalquadrupoleLateralquadrupole4§1.5.2.1單極子源發(fā)聲機(jī)理一個具有脈動質(zhì)量流的點(diǎn)源單極子源輻射聲場無指向性（靜止流場中）典型的單極子：鑲進(jìn)一個大障板的揚(yáng)聲器；來自一個排氣管的脈動噴氣；爆炸的炸彈；傾角為零的螺旋槳；變壓器鐵芯磁致伸縮產(chǎn)生的膨脹和收縮；5單極子源發(fā)聲機(jī)理亞音速超音速6兩個非常接近、相位相反的單極子質(zhì)量中心產(chǎn)生運(yùn)動，存在凈動量偶極子具有指向性，呈8字圖形運(yùn)動的偶極子源：縱向（亞音、超音）橫向（亞音、超音）§1.5.2.2

偶極子源發(fā)聲機(jī)理典型的偶極子：直升機(jī)槳渦干涉噪聲風(fēng)扇/出口導(dǎo)流葉片、壓氣機(jī)(渦輪)轉(zhuǎn)/靜干涉噪聲傾角不為零的螺旋槳風(fēng)吹電線產(chǎn)生的哨聲樂器上振動的弦7縱向偶極子亞音速超音速8橫向偶極子亞音速超音速9陣風(fēng)/翼型干涉噪聲10陣風(fēng)/葉柵干涉噪聲11§1.5.2.3四極子源發(fā)聲機(jī)理兩個非常接近、相位相反的偶極子應(yīng)力聲源，無凈質(zhì)量流率與凈作用力四極子具有指向性：縱向、側(cè)向（取決于應(yīng)力方向）典型的四極子：

噴流噪聲（混合層，噴流嘯音）湍流脈動發(fā)聲LateralquadrupoleLongitudinalquadrupole12混合層的演變13超音速噴流嘯音（Ma=1.42)14§1.5.2.4

運(yùn)動點(diǎn)源如圖所示，聲源在A點(diǎn)發(fā)射，以速度U向前運(yùn)動，經(jīng)過秒后到B點(diǎn)，再經(jīng)t-秒后，B點(diǎn)發(fā)出的聲波達(dá)到觀察點(diǎn)C(觀察點(diǎn)坐標(biāo))，此時聲源與觀察點(diǎn)的距離可以表示為：

由上式可以得到一個關(guān)于發(fā)射時間的二次方程，從而解出：BCA（1）15(2)將(2)代入(1)可得(3)§1.5.2.4

運(yùn)動點(diǎn)源(續(xù))16由上式不難看出，對于亞音速運(yùn)動，r只有一個正的實(shí)根；對于超音速運(yùn)動，r存在兩個正實(shí)根的條件為：

(4)或：(5)

其中，馬赫角：O§1.5.2.4

運(yùn)動點(diǎn)源(續(xù))r+r-17觀察者(O點(diǎn))與聲源運(yùn)動方向的夾角：式(5)意味著r存在兩個有效正實(shí)根或觀察者同時接收到兩次聲源輻射的條件是觀察者必須位于運(yùn)動產(chǎn)生的馬赫錐內(nèi)。§1.5.2.4

運(yùn)動點(diǎn)源(續(xù))18§1.5.2.5聲源基本理論單極子偶極子四極子連續(xù)方程：動量方程：包含源項(xiàng)的非齊次波動方程：19§1.5.3分布聲源若源區(qū)并非足夠小即構(gòu)成分布聲源。分布聲源可用多個基本點(diǎn)聲源來描述。從空間分布來看，分布聲源包括線源、面源與體源，空間輻射聲場在數(shù)學(xué)上對應(yīng)著線積分、面積分與體積分。在距離聲源很遠(yuǎn)的地方,分布聲源仍可看作點(diǎn)聲源。20§1.5.3分布聲源（示意圖）21§1.5.4輻射阻抗輻射阻抗表述媒質(zhì)對振動面運(yùn)動的反作用，其定義為輻射力與表面速度的比。

輻射力是在運(yùn)動方向上表面壓力的總和，它對于克服輻射壓力對聲源的反作用是必要的；輻射阻抗包括輻射阻和輻射抗兩部分。輻射阻的存在表明有聲功率輻射，而輻射抗是由振動時附加的同振質(zhì)量引起的。22§1.5.5航空噪聲源主要航空噪聲源:

飛機(jī)機(jī)體噪聲（高升力裝置、起落架）

聲爆

航空發(fā)動機(jī)氣動噪聲

風(fēng)扇/壓氣機(jī)噪聲

渦輪噪聲

燃燒噪聲

噴流噪聲

23Thankyouverymuchforyourattention!24飛機(jī)機(jī)體噪聲HighliftdeviceLandinggear返回SlatTandemcylinder25

NASA拍攝的超音速飛機(jī)產(chǎn)生的激波聲爆（SonicBooms）的物理現(xiàn)象26F14戰(zhàn)斗機(jī)聲爆近場

聲爆的物理現(xiàn)象27X43分離過程的數(shù)值模擬結(jié)果

聲爆現(xiàn)象的數(shù)值模擬28波陣面在三維空間中是錐面

聲爆影響范圍示意圖29聲爆的物理特性◆飛行器的速度超音時，其前端與尾部會分別出現(xiàn)一道激波。由激波產(chǎn)生的噪音就是聲爆?！袈暠瑫绊?/p>