如何用声学模拟来静音无人机

那是什么声音?随着无人机在商业领域的蓬勃发展，它们发出的噪音已经成为一个更大的问题。公司正在研究无人机在包裹递送、军事侦察、紧急服务、环境监测、媒体报道等方面的应用。随着无人机在城市和郊区使用的增加，工程师们正在转向模拟来分析和减少它们产生的噪音。

一个四轴飞行器模型被开发作为一个示范案例。

无人机噪音受多种因素影响，包括:

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

万博Ansys将计算流体动力学(CFD)仿真的强大功能与先进技术相结合，开发了一种简化的解决方案，既可以预测无人机在飞行中产生的非定常流场，也可以预测螺旋桨在空气动力学中产生的噪声声学分析技术。

在最新的Ansys软件发布，万博2021 R1，我们已经推出了一个新的声学工作流程，夫妻万博Ansys流利Ansys VRXPERIENCE S万博ound的CFD模拟，使工程师能够使用先进的声学分析技术来分析CFD计算的声压信号。

vrexperience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，并提供响度等指标的完整报告，音调，清晰度和清晰度指数。
• 利用声波传递函数，可以将在一个位置计算的压力信号转换为另一个位置的声波指标。

气动声学CFD仿真的建立

上图所示的四轴无人机模型是作为示范案例开发的。每个螺旋桨以固定的转速在滑动网格区域内旋转，旋转方向根据大多数四轴飞行器中看到的反向旋转方向设置。在此分析中，假设无人机处于观察者上方10米的悬停模式。

在Ansys Fluent中生成的具有影响体的1600万单元网格，以准确万博捕获无人机噪声。

无人机的几何形状被引入流利的啮合生成一个1600万单元的支持马赛克的多六核网格，影响体用于细化靠近主体和螺旋桨的区域。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。采用LES/RANS混合模型对螺旋桨附近的湍流流场进行了模拟，得到了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马达支架的相互作用产生压力“脉冲”，这是无人机产生噪音的主要原因之一。

瞬时静压模拟显示一个大的压力脉冲导致噪声信号。

分析气动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)，如表所示。观察到OASPL的变化，表明地面观察者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察者位置的频谱图中。你可以看到，声音包含一个强大的叶片通过频率成分以及更高的谐波。与高频宽带噪声相比，这些噪声特征占主导地位。这与无人机噪音的偶然观察是一致的，因为你听到无人机在头顶飞行时螺旋桨发出的突出的“嗡嗡”声。

声压级(SPL)的分析显示在这个频谱图中为一个观察者的位置。

像这样的频谱图可以使用Fluent中的VRXPERIENCE sound声学分析工具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无人机飞行路径附近观察者的影响。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“响亮”以及噪声谱有多“刺耳”。

看看下面的互动声音视频，点击不同位置的麦克风，听到无人机的声音变化。要了解有关最新声学增强的更多信息，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。