如何用声学模拟使无人机静音

那是什么嗡嗡声?随着无人机在商业领域的发展势头越来越强，它们制造的噪音已经成为一个更大的问题。各公司正在研究将无人机用于包裹递送、军事侦察、紧急服务、环境监测、媒体报道等领域。随着无人机在城市和郊区的使用越来越多，工程师们开始转向模拟来分析和减少无人机产生的噪音。

作为演示案例开发的四旋翼无人机模型。

影响无人机噪声的因素有很多，包括:

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

Ansys公司结合计算流体动力学(CFD)模拟和先进技术，开发了一种简化的解决方案，用于预测无人机在飞行中产生的非定常流场和旋转螺旋桨产生的空气动力噪声声学分析技术。

在最新的Ansys软件版本2021 R1中，我们引入了一个新的声学工作流程Ansys流利CFD模拟到Ansys VRXPERIENCE Sound，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)，允许您收听模拟声音。
• 内置心理声学指标计算，并提供完整的报告，如响度，音调，清晰度和清晰度指数。
• 使用声学传递函数的能力，允许您将在一个位置计算的压力信号转换为另一个位置的声学指标。

建立空气声学的CFD模拟

上图中所示的四轴飞行器模型是作为演示案例开发的。每个螺旋桨以固定的转速在滑动网格区旋转，旋转方向基于大多数四轴飞行器中看到的反向旋转方向设置。在这个分析中，假设无人机在观测者上方10米的上空处于悬停模式。

在Ansys Fluent中生成的1600万单元格网格，具有精确捕获无人机噪声的影响体。

无人机几何被引入流利的啮合生成一个1600万个细胞马赛克的聚六核网格，用于细化靠近身体和螺旋桨的区域。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。湍流采用LES/RANS混合模型来模拟旋转螺旋桨附近的细尺度流场结构。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贡献者之一。

瞬时静压模拟显示一个大的压力脉冲导致噪声特征。

分析空气声学预测无人机噪声

计算了CFD模型中每个接收器位置的总声压级(OASPL)，并在表格中显示。观察到OASPL的变化，表明地面观察员将听到无人机噪音水平的差异，这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，这些主要是噪声特征。这与偶尔观察到的无人机噪音是一致的，当无人机飞过头顶时，你会听到突出的“嗡嗡”声。

声压级(SPL)的分析显示在这个频谱图为一个观测者的位置。

使用Fluent中的VRXPERIENCE sound声学分析工具，可以将这样的频谱图转换成真实的声音文件。此外，心理声学分析工具可以深入了解预测声音对接近无人机飞行路径的观察者的影响。例如，您可以确定声音有多“响亮”，以及观察者在给定位置上感知到的噪声频谱有多“刺耳”。

查看下面的互动声音视频，点击不同位置的麦克风，听到无人机声音的变化。要了解更多关于最新的声学增强功能，并了解如何将它们用于您的模拟，请查看网络研讨会:听你的空气声学模拟，或浏览CFD仿真产品页面．