负责人：黄迅

    科研成果展示：

北京大学安静飞行实验室

噪声成像传感器阵列

PKUArray - Array Signal Processing at Peking University  

   北京大学安静飞行器课题组经过多年研究积累，在噪声成像和传感器阵列领域拥有完整的设计技术，包括前端放大器设计、硬件继承、处理软件、信号处理理论方法等，并在飞行器、重型车辆和水下目标检测方面做了一系列实际工作，合作单位包括国内各个主机科研院所。

(I) PKUArray硬件原型

    下面为我们开发的硬件原型以及部分电路设计。PKUArray硬件的主要目的是为我们研究的各类先进测试技术提供验证平台，向合作单位演示核心技术，以及培养研究生。我们根据实际航空、航天、航海中各类系统的物理环境，设计的各类测试系统在硬件（尤其是传声器及其布置）方面十分不同，但电路、上层算法完全一致。

    The microphone array for aeroacustic noise source localisation in wind tunnel, whose background noise has been satisfactorily removed with our own algorithm.

(II) PKUArray处理软件

    以下为我们开发的实时测试程序界面和后处理软件界面。

    基于LabVIEW和JAVA分别编写的beamforming处理软件，支持Windows/Mac OSX/Linux，包含所有主流的算法(DAS, DAMAS, CLEAN)，并针对气动声学应用特别优化，消除测试环境的强背景噪声影响，提高测试SNR。

(III) PKUArray信号处理理论

(a)发动机管道声成像

   我们开发的方法可以通过测试发动机管道声压分布，估计相应的声粒子速度，从而可以避免昂贵复杂的粒子速度测试，大大简化试验系统；同时通过获得近场声压分布和声粒子速度，使得估计远场声压分布成为可能。

   下图左列是理论解，中列是估计解，右列为估计误差。从上往下依次为p,u,v,w,声粒子速度(u,v,w)是从p以及我们的方法估计出来。

相关论文：

[1] Xun Huang*, Qingkai Wei and Edward Peers, "Acoustic imaging of a duct spinning mode by the use of an in-duct circular microphone array", Journal of Acoustical Society of America, 2012.

(b)阵列信号成像beamforming

  本实验室一个研究方向是各类运载工具（飞机、车辆、潜艇）的NVH，尤其是流动噪声问题。我们具备各类NVH测试手段和仿真环境，对闭口风洞内声学实验技术（校准、背景噪声消除、壁面湍流附面层处理等）有丰富经验。我们自主开发了各类阵列信号处理算法，提出的观测器算法可以实时处理阵列信号，并且动态消除相干噪声影响（见下面动画），具体理论请看我们的JASA 2009、AIAA J 2010、JASA 2011、JASA 2012系列期刊论文，其中JASA 2009和JASA 2012论文在文献检索中被列为本领域内top 20 papers(by BioMedLib).

Demo 1: Rejection of coherent background noise (bottom right one)

Demo 2: Real-time identification of rotating noise

    It ccan be seen that the classical beamforming (DAS) cannot trace the rotating noise, even a short window version is adopted. The observer based one can resolve the rotating noise correctly and also rejects the background noise in the center. 

相关论文：

[1] Xun Huang*, "Real-Time Algorithm for Acoustic Imaging with a Microphone Array", Journal of Acoustical Society of America, Vol 125, No 5, 2009. pp.EL190-EL195. 

[2] Long Bai and Xun Huang*, "Observer-Based Beamforming Algorithm for Acoustic Array Signal Processing", Journal of Acoustical Society of America,  Vol 130, No 6, 2011, pp. 3803-3811.

[3] Xun Huang*, Long Bai, Igor Vinogradov and Edward Peers, "Adaptive Beamforming for Array Signal Processing in Aeroacoustic Measurements", Journal of Acoustical Society of America, Vol 131, No 3, 2012, pp. 2152-2161.

(IV) 工业界应用

(a) 常规闭口风洞内机体噪声成像测试

相关论文：

[1] Igor Vinogradov and Xun Huang*, "Bluff Body Flow-Induced Noise Control with Sliding Plasma Actuators", Chinese Science Bulletin, Vol 56, No 28-29, 2011, pp. 3079-3081.

(b) 开口风洞和消声室环境中噪声成像测试

相关论文：

[1] Xun Huang*, Xin Zhang and Yong Li, "Broadband Flow-Induced Sound Control using Plasma Actuators", Journal of Sound and Vibration, Vol 329, No 13, 2010, pp. 2477-2489.

 

(c)发动机噪声测试技术

x=2wmv.zip (发动机风扇噪声的阵列观测技术)

相关论文：

[1] Xun Huang*,"Single-Sensor Identification of Spinning Mode Noise from Aircraft Engine", AIAA Journal, Vol 50, No 3, 2012, pp. 761-766.

[2] Xun Huang*, Qingkai Wei and Edward Peers, "Acoustic imaging of a duct spinning mode by the use of an in-duct circular microphone array", Journal of Acoustical Society of America, 2012.

北京大学安静飞行实验室

气动声学研究

Aeroacoustic Research at Peking University

 

 

 

 

  北京大学安静飞行器课题组在气动声学领域有多年的研究积累，在（1）气动声学计算、（2）气动声学测试、（3）噪声控制和（4）声学理论等多个方面完成了大量的研究工作，应用对象包括飞行器、重型车辆和水下运动体，为空客、罗罗和国内若干主机科研单位完成了若干合作课题。

(Aeroacoustic Research of LNA Group)

(I) 气动声学计算

(a) 声疲劳测试系统模拟

    两个94dB喇叭驱动声波在放置了复杂几何外形的待测部件的混响室内传播的仿真动画。线性模型，因此更高声强的喇叭情况可线性推广。

f125.mpg.zip (f125.zip, 125Hz)  f500.zip (f500.zip, 500Hz)  f1000.zip (f1000.zip, 1000Hz)

    我们的计算程序能够分析流场和热场分布对噪声传播的影响，下面为我们计算的一个包含待测部件的某个倍频程处（500Hz）的计算结果，通过比较可看出影响。

    依次给出了静态背景场、流动情况（10m/s）、流动且加热情况对声场分布的耦合影响。

(b) 发动机风扇噪声数值模拟、安装效应评估

    下图分别为发动机排气道、理想情况声波截面、安装效应下的声波截面。

相关论文：

[1] Xun Huang*, Xiaoxian Chen, Zhaokai Ma and Xin Zhang, "Efficient Computation of Spinning Modal Radiation Through an Engine Bypass Duct", AIAA Journal, Vol 46, No 6, 2008.

[2] Xiaoxian Chen, Xun Huang* and Xin Zhang, "Sound Radiation from a Bypass Duct with Bifurcations", AIAA Journal, Vol 47, No 2, 2009. pp.429-436.

(c) 自适应网格及其计算气动声学应用

    5万行AMRCAA (Adaptive mesh refinement for Computational Aeroacoustics) 程序。

相关论文：

[1]  Xun Huang*, Xin Zhang and Simon Keith Richards, "Adaptive Mesh Refinement Computation of Acoustic Radiation from an Engine Intake", Aerospace Science and Technology, Vol 12, No 5, 2008. pp. 418–426.

[2] Edward Peers and Xun Huang*, "High-order Schemes for Predicting Computational Aeroacoustic Propagation with Adaptive Mesh Refinement", Acta Mechanica Sinica,2012.  

(d) 伪谱在计算气动声学应用

相关论文：

[1] Xun Huang* and Xin Zhang, "A Fourier Pseudospectral Method for Some Computational Aeroacoustics Problems", International Journal of Aeroacoustics, Vol 5, No 3, 2006. pp.279-294.

(e) 高超飞行器气动声学计算

内部报告。

(II) 气动声学测试

(III)气动噪声控制

    空腔噪声和流动控制；钝体噪声和流动控制；等离子体执行器；流动反馈控制等。下图分别显示了空腔噪声和振动的闭环控制风洞内实验模型、我们设计的执行器、和前段放大器电路。

相关论文：

[1] Xun Huang* and Xin Zhang, "Plasma Actuators for Noise Control", International Journal of Aeroacoustics, Vol 9, Issue 4, 2010. pp. 679-704.

[2] Xun Huang*, Xin Zhang and Yong Li, "Broadband Flow-Induced Sound Control using Plasma Actuators", Journal of Sound and Vibration, Vol 329, No 13, 2010, pp. 2477-2489.

[3] Xun Huang*, Sammie Chan, Xin Zhang and Steve Gabriel, "Variable structure model for flow-induced tonal noise control with plasma actuators", AIAA Journal, Vol 46, No 1, 2008. pp.241-250.

(IV)各类实际系统的气动声学问题

(a) 轮胎（内部报告）、起落架；

[1] Xun Huang*, Xin Zhang and Yong Li, "Broadband Flow-Induced Sound Control using Plasma Actuators", Journal of Sound and Vibration, Vol 329, No 13, 2010, pp. 2477-2489.

(b) 增升装置（内部报告）；空腔（起落架舱、投弹舱）；

Ref: [1] Xun Huang*, Sammie Chan, Xin Zhang and Steve Gabriel, "Variable structure model for flow-induced tonal noise control with plasma actuators", AIAA Journal, Vol 46, No 1, 2008. pp.241-250.

(c) 旋翼、发动机试验台；

Ref: [1] Xun Huang*, "Single-Sensor Identification of Spinning Mode Noise from Aircraft Engine", AIAA Journal, 2012

(d) F1赛车、潜艇等（内部报告）。

(IV)交叉科学研究

(a) 耳蜗声定位

    人们一直认为哺乳动物耳蜗的螺线形状是为了节约空间而进化来的。但我们基于(1)螺旋线正好是传感器阵列的最佳形状(2)基于传感器阵列预测到的声定位能力和生理试验结果吻合，提出螺旋线耳蜗还可能帮助提供声定位能力。因此，蝙蝠、人类等除了采用头部、耳廓等来帮助定位，还可能结合神经网络、耳蜗来进一步改善声定位。相关研究有助于研究类似蝙蝠的声导航控制系统。

    下图分别是我们绘制的人耳艺术图、声定位的神经网络实现草图、耳蜗声定位结果。

相关论文：

[1] Xun Huang*, Chi Xu and Long Bai, "Is the Cochlea Coiled to Provide Sound Localization?" , Europhysics Letters, Vol 98, 2012, pp. 58002:1-5.

本工作自发表以来，被Phys.org,CreationRevolution, IrishTimes等媒体先后报道。

[申明]本工作纯属个人兴趣“玩票”，纯属科学猜想，欢迎具体从事该领域的同仁批评指正。

(b) Acoustic cloaking

    据说潜艇可以安装cloaking，穿上“隐声衣”从而完全逃避声纳的探索，我们的研究显示了常规cloaking理想公式的缺陷，以及如何设计相应的监测手段。更多细节，恕暂时不能公布。