Verfügbarkeit: Aeroacoustic measurements

Aeroacoustic measurements: with 184 tables

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Weitere Verfasser:	Mueller, Thomas J. (HerausgeberIn)
Format:	Buch
Sprache:	English
Veröffentlicht:	Berlin [u.a.] Springer 2002
Schriftenreihe:	Experimental fluid mechanics Engineering online library
Schlagworte:	Akustische Strömungsmesstechnik Strömungsakustik
Online-Zugang:	Inhaltsverzeichnis
Beschreibung:	Hier auch später erschienene, unveränderte Nachdrucke
Beschreibung:	XIV, 313 S. Ill., graph. Darst.
ISBN:	3540417575 9783642075148

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adam_text	TABLE OF CONTENTS PREFACE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII 1. MICROPHONE MEASUREMENTS IN AND OUT OF AIRSTREAM . . . . . . . . . 1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 RESEARCH OBJECTIVES (AND WHAT TO MEASURE) . . . . . . . . . . . . . . . 2 WIND TUNNEL BACKGROUND NOISE INCLUDING FLOW-INDUCED NOISE . . . . 3SW DRIVE FAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 SELF-NOISE FROM STRUT-MOUNTED MICROPHONES . . . . . . . . . . . . . 6 AIR DUCTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 VOICE COMMUNICATION IN WIND . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 STRUT NOISE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 WALL-MOUNTED MICROPHONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 BACKGROUND NOISE FROM WALL BOUNDARY LAYER . . . . . . . . . . . . 22 OPEN-JET BACKGROUND NOISE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 MICROPHONE PLACEMENT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 DIRECTIVITY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 NEAR-FIELD EFFECTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 BACKGROUND NOISE AND MICROPHONE PLACEMENT . . . . . . . . . . . . 25 REVERBERANT FIELD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 REFLECTIONS IN A SEMI-ANECHOIC ENVIRONMENT . . . . . . . . . . . . . . . 26 TONAL SOUND INTERFERENCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 RANDOM SOUND INTERFERENCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 SOURCE IDENTIFICATION BY SIGNAL PROCESSING . . . . . . . . . . . . . . . . 30 CONVECTION EFFECTS AND DOPPLER SHIFT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 SOUND PROPAGATION THROUGH SHEAR LAYERS IN OPEN-JET WIND TUNNELS . 34 CHANGE IN ACOUSTIC PROPAGATION DIRECTION BY REFRACTION . . . . . . 34 CHANGE IN SOUND PRESSURE LEVEL CAUSED BY REFRACTION . . . . . . . . . 38 WAVE ABSORPTION AND SCATTERING BY SHEAR LAYER TURBULENCE . . . . 40 PROCEDURE FOR APPLYING SHEAR LAYER CORRECTIONS . . . . . . . . . . . 41 MICROPHONE CORRECTIONS AT HIGH FREQUENCY . . . . . . . . . . . . . . . 42 FREE-FIELD RESPONSE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 PRESSURE RESPONSE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 FREE-FIELD CORRECTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 MICROPHONE DIRECTIONAL RESPONSE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 AERODYNAMIC MICROPHONE FOREBODY FREQUENCY RESPONSE AND DIRECTIVITY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 SCALING, EXTRAPOLATION AND FLIGHT SIMULATION . . . . . . . . . . . . . . . 51 REMOVAL OF TEST DAY EFFECTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 SCALING FROM SMALL SCALE TO FULL SCALE . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 FLYOVER SIMULATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 2. BEAMFORMING IN ACOUSTIC TESTING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 NOMENCLATURE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 ANALYSIS OF WIND TUNNEL ACOUSTIC PROPAGATION BY GEOMETRICAL OPTICS 66 UNIFORM FLOW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 AMPLITUDE APPROXIMATIONS FOR NONUNIFORM FLOW . . . . . . . . . . 69 RAY TRACING FOR TRAVEL TIME . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 ARRAY SOURCE-RECEIVER MODEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 TEMPORAL CONSIDERATIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 DISTRIBUTED SOURCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 BEAMFORMING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 MICROPHONE WEIG HT VECTORS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 BEAMFORMING EXPRESSIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 PERFORMANCE ANALYSIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 THE POINT SPREAD FUNCTION AND SIDELOBES . . . . . . . . . . . . . . . 77 EFFECT OF WIND TUNNEL WALLS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 REFLECTED IMAG ES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 SIDELOBES FROM REFLECTED IMAG ES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 RESOLUTION REQUIREMENT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 REMOVAL OF FLOW NOISE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 ISOLATION OF THE DIAGONAL ELEMENTS OF THE CROSS SPECTRAL MATRIX . . 83 DIAGONAL ELEMENTS ARE NOT HELPFUL . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 DIAGONAL ELEMENTS ARE HARMFUL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 BEAMFORMING WITHOUT THE DIAGONAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 DETERMINATION OF QUANTITATIVE SOURCE SPECTRA BY INTEGRATING THE BEAMFORM MAP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 X TABLE OF CONTENTS NORMALIZING THE INTEGRAL TO ACCOUNT FOR THE WIDTH OF THE POINT SPREAD FUNCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 REJECTING SIDELOBES WITH A THRESHOLD . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 CAUTION #1: THE SIDELOBES ARE CONTROLLED BY THE LOUDEST SOURCE . . 88 CAUTION #2: THE THRESHOLD EXCLUDES SOME REAL NOISE . . . . . . . . 88 CAUTION #3: ARRAY PERFORMANCE MAY BE LESS THAN OPTIMAL . . . . . . 88 SUCCESSFUL INTEG RATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 EIGENVALUE CLASSIFICATION FOR QUANTITATIVE SOURCE SPECTRA . . . . . . . . . 89 RELATIONSHIP BETWEEN BEAMFORMING WEIGHT VECTORS AND CROSS SPECTRAL MATRIX EIGENVECTORS . . . . . . . . . . . . . . . . 89 THE ARRAY-CENTRIC DEFINITION OF SOURCES . . . . . . . . . . . . . . . 90 CLASSIFICATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 BENEFITS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 COHERENT SOURCES AND VIRTUAL MICROPHONES . . . . . . . . . . . . . . 92 ARRAY CALIBRATION USING A SPEAKER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 SETUP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 THE DIAGONAL CALIBRATION MATRIX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 THE EFFECT OF SPEAKER CALIBRATION FOR MICROPHONE POSITION ERRORS . 94 ARRAY LEVEL CALIBRATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 CONCLUSIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 3. AEROACOUSTIC PHASED ARRAY TESTING IN LOW SPEED WIND TUNNELS . . 98 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 JUSTIFYING THE COST OF AEROACOUSTIC PHASED ARRAY TESTING . . . . . . . . 99 AN OVERVIEW OF AEROACOUSTIC PHASED ARRAY DEPLOYMENT . . . . . . . . 100 ARRAY DESIGN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 ARRAY MOUNT DESIGN AND BUILD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 INSTRUMENTATION PLAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 DATA ACQUISITION SYSTEM CONFIGURATION . . . . . . . . . . . . . . . . 101 INSTALLATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 ARRAY CALIBRATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 TESTING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 TEAR DOWN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 NON-INTRUSIVE AEROACOUSTIC ARRAY MEASUREMENT . . . . . . . . . . . . . 102 BROADBAND ARRAY DESIGN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 BACKGROUND . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 BEAMFORMING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 EVALUATING ARRAY PERFORMANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 ARRAY RESOLUTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 TABLE OF CONTENTS XI SPATIAL ALIASING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 ARRAY DESIGN STRATEGY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 RANDOM ARRAY THEORY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 APERIODIC ARRAY DESIGN AND THE COARRAY . . . . . . . . . . . . . . . 117 SPIRAL ARRAYS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 OTHER ARRAY DESIGN STRATEGIES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 DESIGNING ARRAYS FOR EXISTING FACILITIES . . . . . . . . . . . . . . . . 128 ARRAY DESIG N PROCESS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 WHAT TO DO IN DIFFICULT SITUATIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 ARRAY CONSTRUCTION AND INSTALLATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 PANEL STRENGTH REQUIREMENTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 SIMULTANEOUS MEASUREMENT CONSIDERATIONS . . . . . . . . . . . . . 142 SENSOR MOUNTING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 CALIBRATION REQUIREMENTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 TRAVERSE REQUIREMENTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 NESTED ARRAYS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 CABLE STRAIN RELIEF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 HEATING TO AVOID POTENTIAL CONDENSATION PROBLEMS . . . . . . . . . 151 GEOMETRIC SURVEY CONSIDERATIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 RECESSED ARRAY CONSIDERATIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 LAMINAR FLOW CONTROL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 ARRAY COVER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 SENSOR LOCATION IDENTIFICATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 HOLE LOCATION ACCURACY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 HOLE PLUGS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 INSTRUMENTATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 SENSORS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 SIGNAL CONDITIONING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 INSTRUMENTATION SETUP AND CHECKOUT . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 PHASED ARRAY DATA ACQUISITION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 DATA ACQUISITION SYSTEM REQUIREMENTS . . . . . . . . . . . . . . . . 179 DATA ACQUISITION SYSTEM ARCHITECTURE . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 ACQUIRING THE DATA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 DATA MANAGEMENT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 ARRAY CALIBRATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 CALIBRATION ENCLOSURE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 ARRAY CALIBRATION SOURCE REQUIREMENTS . . . . . . . . . . . . . . . . 201 CALIBRATION SOURCE EVALUATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 LOCATING THE CALIBRATION SOURCE IN THE WIND TUNNEL * GEOMETRIC SURVEY TECHNIQUES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 CALIBRATION DATA ACQUISITION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 EVALUATING ARRAY CALIBRATION GOODNESS . . . . . . . . . . . . . . . . 205 XII TABLE OF CONTENTS KNOWN SOURCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 MULTIPLE ARRAY CALIBRATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 PHASED ARRAY DATA REDUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 THE CROSS-SPECTRAL MATRIX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 USE OF PARALLEL PROCESSING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 SPECIAL CONSIDERATIONS FOR PRESSURIZED WIND TUNNEL TESTING . . . . . . 211 PRESSURIZATION OF INSTRUMENTATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 SPECIAL INSTRUMENTATION CONFIGURATION REQUIREMENTS . . . . . . . . 211 REFERENCE MICROPHONE ELECTROSTATIC RESPONSE CALIBRATION UNDER PRESSURE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 TUNNEL OPERATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 ACOUSTIC PHASED ARRAY TESTING IN CONJUNCTION WITH TRADITIONAL AERODYNAMIC TEST TECHNIQUES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 BEYOND AEROACOUSTIC PHASED ARRAY MEASUREMENTS IN LOW SPEED WIND TUNNELS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 4. SOURCE CHARACTERIZATION BY CORRELATION TECHNIQUES . . . . . . . . . 218 NOMENCLATURE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 MATHEMATICAL DEFINITIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 CROSS SPECTRAL ANALYSIS OF LINEAR SYSTEMS . . . . . . . . . . . . . . . . . 222 APPLICATION TO AEROACOUSTIC APPLICATIONS: THE CORRELATION VOLUME, CORRELATION AREA, AND CORRELATION TIME . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 EXAMPLES OF CORRELATIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 CORRELATION OF FLUID MOTION VARIABLES . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 CORRELATION OF ACOUSTIC PRESSURE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 5. AN ANECHOIC FACILITY FOR BASIC AEROACOUSTIC RESEARCH . . . . . . . . 258 NOMENCLATURE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259 THE DESIGN OF AN ANECHOIC WIND TUNNEL FACILITY . . . . . . . . . . . . . 260 THE ANECHOIC ROOM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260 WIND TUNNEL DESIGN CRITERIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261 INLET SECTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262 TABLE OF CONTENTS XIII DIFFUSER COMPONENTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264 DIFFUSER MATERIALS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266 WIND TUNNEL DRIVE SYSTEM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 ANALYSIS OF THE ANECHOIC WIND TUNNEL FACILITY PERFORMANCE . . . . . . 268 ACOUSTIC CALIBRATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269 AERODYNAMIC CALIBRATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270 DESIGN SUMMARY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274 PROPELLER RESPONSE TO INFLOW DISTORTIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . 275 BACKGROUND . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275 INITIAL MEASUREMENTS AND ANALYSIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276 DEVELOPMENT OF UNSTEADY SURFACE PRESSURE SENSORS FOR MODEL PROPELLERS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278 UNSTEADY PRESSURE MEASUREMENTS USING A SINGLE, THIN AIRFOIL . . . 279 EXPERIMENTAL CHARACTERIZATION OF GRID-GENERATED TURBULENCE, INCLUDING THE AEROACOUSTIC RESPONSE OF A DOWNSTREAM PROPELLER . . 280 UNSTEADY PRESSURE MEASUREMENTS OF A FOUR-BLADED PROPELLER INGESTING TURBULENCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 SUMMARY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306 AUTHORS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309 BIOGRAPHICAL SKETCH OF AUTHORS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311 XIV TABLE OF CONTENTS
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author2	Mueller, Thomas J.
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