如何用声学模拟静音无人机

那是什么嗡嗡声?随着无人机在商业领域的发展势头日益强劲，它们发出的噪音也越来越成为一个问题。一些公司正在调查无人机在包裹递送、军事侦察、应急服务、环境监测、媒体报道等方面的使用情况。随着无人机在城市和郊区的使用增加，工程师们开始通过模拟来分析和减少无人机产生的噪音。

一个四轴飞行器模型被开发作为一个示范案例。

影响无人机噪声的因素很多，包括:

• 电机尺寸及安装
• 螺旋桨直径、形状和转速
• 无人机的体型
• 操作环境

Ansys结合计算流体力学(CFD)模拟和先进技术，开发出一种流线型的解决方案，既可以预测无人机在飞行过程中产生的非定常流场，也可以预测旋转螺旋桨产生的空气动力噪声声学分析技术。

在Ansys软件的最新版本，2021 R1，我们引入了一个新的声学工作流程，耦合Ansys流利CFD模拟Ansys VRXPERIENCE声音，使工程师能够使用先进的声学分析技术来分析由CFD计算的声压信号。

VRXPERIENCE声音功能包括:

• 基于cfd生成的声压信号生成声音文件(.wav)，可以让您听到模拟的声音。
• 内置心理声学指标的计算，完整的报告，如响度，调性，清晰度和清晰度指数。
• 利用声波传递函数的能力，允许您将一个位置计算的压力信号转换为另一个位置的声波指示器。

建立气动声学的CFD模拟

上图所示的四轴飞行器模型是作为一个演示案例开发的。每个螺旋桨以固定的转速在一个滑动网格区域内旋转，旋转方向基于大多数四轴飞行器看到的反向旋转方向设置。在此分析中，假设无人机在观察者上方10米的悬停模式。

在Ansys Fluent中生成的1600万单元网格，具有影响体，可以准确捕捉无人机噪声。

无人机的几何形状被引入流利的啮合马赛克使具有影响体的多面体网格能够用于细化靠近体和螺旋桨的区域。这些细化区域有助于提高螺旋桨、电机和电机支架附近非定常流场的分辨率。

在Fluent中建立了可压缩、非定常、湍流的瞬态CFD模拟。湍流模型采用LES/RANS混合模型，以捕捉旋转螺旋桨附近的精细尺度流场结构。如下图所示，螺旋桨与无人机结构和电机支架的相互作用产生压力“脉冲”，这是无人机产生噪声的主要原因之一。

瞬时静压模拟显示一个大的压力脉冲导致噪声特征。

通过气动声学分析预测无人机噪声

计算了CFD模型中每个接收器位置的总体声压级(OASPL)，见表。OASPL的变化被观察到，表明地面观察者会听到不同的无人机噪音水平取决于他们相对于无人机的位置。

声压级(SPL)的更详细的分析显示在一个观测者位置的频谱图中。你可以看到，声音包含一个强大的叶片通过频率成分，以及一个更高的谐波。相对于更高频率的宽带噪声，这些主导了噪声特征。这与偶然观察到的无人机噪音一致，因为你听到了突出的“嗡嗡”声，从无人机的螺旋桨，因为它飞过头顶。

对声压级(SPL)的分析显示在这幅光谱图中，其中一个观测者的位置。

使用Fluent中的VRXPERIENCE sound声学分析工具，可以将这样的频谱图转换为真实的声音文件。此外，心理声学分析工具可以洞察预测的声音对接近无人机飞行路径的观察者的影响。例如，您可以确定在给定位置的观察者所感知到的声音有多“大”以及噪声频谱有多“刺耳”。

查看下面的互动声音视频，点击麦克风在不同的地方，听到无人机的声音变化。要了解更多关于最新声学增强的信息，并了解它们如何用于您的模拟，请查看网络研讨会:听你的空气声学模拟，或前往CFD仿真产品页面．