雷達(dá)天線系統(tǒng)離心風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲研究

（中國船舶重工集團(tuán)公司第七二四研究所，南京 211153）

0 引言

雷達(dá)天線系統(tǒng)由于小型化、集成化的要求，內(nèi)部電子模塊發(fā)熱功率較大，對(duì)散熱要求較高。目前雷達(dá)天線系統(tǒng)散熱方式主要采用風(fēng)冷和液冷兩種方式，風(fēng)冷方式對(duì)天線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求較低，成本較小，基本滿足小型化雷達(dá)散熱需求。采用液冷方式的天線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，需要在電子模塊內(nèi)部設(shè)計(jì)水道，并且其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度需滿足抗振抗沖擊設(shè)計(jì)要求，此外還需配置相應(yīng)的液冷源系統(tǒng)，大大增加了天線系統(tǒng)的成本，液冷方式常應(yīng)用于大型相控陣?yán)走_(dá)天線面陣。

某小型化雷達(dá)天線系統(tǒng)選用離心風(fēng)機(jī)進(jìn)行風(fēng)冷散熱，天線內(nèi)部電子模塊芯片通過與其接觸的均熱板內(nèi)側(cè)臺(tái)階面將熱量傳導(dǎo)至均熱板，安裝在均熱板外側(cè)中心位置的離心風(fēng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，通過均熱板外側(cè)均勻分布的翅片將其熱量傳遞至空氣中，從而實(shí)現(xiàn)天線系統(tǒng)散熱，提高其工作可靠性以及穩(wěn)定性。結(jié)合對(duì)天線系統(tǒng)的熱仿真，確定實(shí)現(xiàn)電子模塊散熱所需風(fēng)量對(duì)應(yīng)的離心風(fēng)機(jī)型號(hào)和轉(zhuǎn)速，并且對(duì)均熱板翅片結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行優(yōu)化，然而由于離心風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、葉片結(jié)構(gòu)形式和風(fēng)道等因素的影響［1-3］，離心風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)雷達(dá)天線系統(tǒng)噪聲較大且聲音較為尖銳。

本文對(duì)離心風(fēng)機(jī)進(jìn)行氣動(dòng)聲學(xué)理論分析，使用32通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、預(yù)極化電容傳聲器和單軸加速度傳感器組成雷達(dá)天線系統(tǒng)噪聲測(cè)試系統(tǒng)，結(jié)合數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提取的噪聲頻譜和振動(dòng)加速度頻譜信號(hào)，分析雷達(dá)天線系統(tǒng)噪聲特性。隨后對(duì)單個(gè)離心風(fēng)機(jī)進(jìn)行噪聲測(cè)試，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和改變翅片與風(fēng)機(jī)葉片邊緣的距離，進(jìn)行不同工況下的風(fēng)機(jī)噪聲測(cè)試，確定離心風(fēng)機(jī)噪聲來源以及相應(yīng)的降噪方法，為雷達(dá)天線系統(tǒng)離心風(fēng)機(jī)風(fēng)冷系統(tǒng)的降噪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化提供了實(shí)驗(yàn)和理論依據(jù)。

1 離心風(fēng)機(jī)氣動(dòng)聲學(xué)理論分析

1969年，F(xiàn)FOWCS WILLIAMS和HAWKINGS基于廣義函數(shù)理論，結(jié)合Navier-Stokes方程以及連續(xù)性方程，得到靜止流體中任意運(yùn)動(dòng)固定邊界的發(fā)聲方程，即FW-H方程［4-8］：

?2——Laplace算子；

c0——聲音未受擾動(dòng)時(shí)傳播的速度；

0 ——下標(biāo)，指該變量未受到擾動(dòng)；

p'（x，t）—— 觀察點(diǎn) x 在觀察時(shí)刻 t的聲壓值；

ρ ——流體的密度；

xi，xj——非擾動(dòng)流體的空間坐標(biāo)；

un—— 流體速度沿積分面的法向分量，un=uini；

ui——流體沿xi方向的速度分量；

ni—— 沿控制面（離心風(fēng)機(jī)葉片表面）單位外法向上的矢量；

vn—— 控制面表面點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度沿積分面的法向分量，vn= vini；

vi——控制面表面點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度；

δ（f ）——Dirac 函數(shù)；

f（x，t）——運(yùn)動(dòng)物體邊界上控制面函數(shù)；

li—— 控制面對(duì)流體的法向作用力在xi方向的分量；

Tij——Lighthill應(yīng)力張量；

δij——Kronecker符號(hào)；

H（f ）—— Heaviside廣義函數(shù)。

式（1）等號(hào)右端第一項(xiàng)為單極子聲源（也稱為厚度聲源），第二項(xiàng)為偶極子聲源（也稱為載荷聲源），第三項(xiàng)為四極子聲源。

單極子聲源為面聲源，由于雷達(dá)天線離心風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的葉片不斷擠壓其與均熱板翅片之間空氣引起介質(zhì)脈動(dòng)，從而形成了單極子聲源。其聲源大小與Dirac函數(shù)有關(guān)，受到控制面的輪廓（厚度的改變）、表面點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度vi和非定常氣動(dòng)力等因素的影響。單極子聲源的聲功率大小同其流體速度的三次方成正比，然而因?yàn)榻橘|(zhì)脈動(dòng)方向相位速度在高速旋轉(zhuǎn)的離心風(fēng)機(jī)中占比較小，所以離心風(fēng)機(jī)介質(zhì)脈動(dòng)輻射的噪聲能量較小，即離心風(fēng)機(jī)總的噪聲受到單極子聲源影響較小［9］。

偶極子聲源也是面聲源，流體和離心風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)葉片之間不穩(wěn)定的作用力導(dǎo)致了偶極子聲源，由于偶極子聲源與氣動(dòng)載荷有關(guān)，所以其為力聲源［10］。雷達(dá)天線系統(tǒng)離心風(fēng)機(jī)處于低亞音速狀態(tài)，其偶極子聲源對(duì)氣動(dòng)噪聲的影響較大。

四極子聲源為體聲源，處于超音速狀態(tài)下的流體黏滯應(yīng)力激發(fā)的聲波產(chǎn)生了四極子聲源，其大小與Heaviside函數(shù)有關(guān)，離心風(fēng)機(jī)四極子聲源主要是因?yàn)槠淙~片區(qū)域流域和紊亂來流流質(zhì)發(fā)生剪切混合。當(dāng)離心風(fēng)機(jī)流體速度大于0.8 M（M為馬赫數(shù)）時(shí)，需考慮四極子聲源對(duì)其總的氣動(dòng)噪聲影響。雷達(dá)天線系統(tǒng)離心風(fēng)機(jī)處于低亞音速狀態(tài)，可忽略四極子聲源對(duì)離心風(fēng)機(jī)噪聲的影響。

圖1為離心風(fēng)機(jī)安裝示意，離心風(fēng)機(jī)通過沉入式方式安裝于均熱板太陽花式散熱翅片的中心區(qū)域，為保證風(fēng)機(jī)可對(duì)環(huán)形陣列散熱翅片提供其散熱所需的風(fēng)量，離心風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)不含蝸殼和蝸舌。風(fēng)機(jī)中心內(nèi)部區(qū)域?yàn)檫M(jìn)風(fēng)區(qū)域，通過風(fēng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)將風(fēng)量沿風(fēng)機(jī)四周排出至均熱板上環(huán)形均勻分布的翅片上。雷達(dá)天線系統(tǒng)電子模塊的發(fā)熱芯片與均熱板背部小凸臺(tái)接觸，利用均熱板良好熱傳導(dǎo)性將熱量快速傳遞至正面環(huán)形翅片上。離心風(fēng)機(jī)工作時(shí)改變翅片周圍流場(chǎng)，將熱量從翅片傳遞至空氣中以達(dá)到散熱目的。

圖1 離心風(fēng)機(jī)安裝示意Fig.1 Installation diagram of centrifugal fan

離心風(fēng)機(jī)直徑150 mm，厚度32 mm，葉片數(shù)量為9個(gè)，最高轉(zhuǎn)速為3 700 r/min，工作電壓為28 V，工作電流小于1 A。均熱板基體材料為鋁板6063-T6511，均熱板上翅片均勻分布且厚度為2 mm，翅片與風(fēng)機(jī)葉片邊緣距離為2 mm。通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)電壓來改變其轉(zhuǎn)速，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨著其工作電壓降低而下降，風(fēng)機(jī)工作電壓穩(wěn)定時(shí)其轉(zhuǎn)速保持恒定，

雷達(dá)天線系統(tǒng)離心風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲來源于風(fēng)機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的空氣流場(chǎng)和均熱板環(huán)形翅片的相互作用。根據(jù)離心風(fēng)機(jī)噪聲頻譜圖特性，其氣動(dòng)噪聲由寬頻噪聲和離散噪聲組成。寬頻噪聲成因復(fù)雜，進(jìn)氣段湍流和風(fēng)機(jī)葉片的相互作用、葉頂間隙和葉片的渦流作用、葉片上邊界層過渡為湍流層產(chǎn)生的脈動(dòng)壓力、葉片表面壓力差形成的渦脫落等多種影響因素帶來了寬頻噪聲。離散噪聲來源于離心風(fēng)機(jī)葉片運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的自身噪聲以及葉片與蝸舌周期性作用引起的干涉噪聲，由于雷達(dá)天線系統(tǒng)離心風(fēng)機(jī)無蝸殼，蝸舌對(duì)應(yīng)于均熱板環(huán)形翅片與葉片間區(qū)域。離心風(fēng)機(jī)離散噪聲受到其葉片自身周期性旋轉(zhuǎn)影響，因此風(fēng)機(jī)噪聲頻譜圖中聲壓峰值頻率與風(fēng)機(jī)葉片基頻有關(guān)。

離心風(fēng)機(jī)工作時(shí)形成葉片射流尾跡，導(dǎo)致葉片邊緣處速度分布具有不均勻性。若蝸舌和葉片邊緣距離小，則流場(chǎng)中空氣流動(dòng)的不穩(wěn)定對(duì)蝸舌沖擊會(huì)帶來壓力變化，且蝸舌對(duì)風(fēng)機(jī)葉片之間流場(chǎng)形成周期性的干擾，葉片間流場(chǎng)空氣流動(dòng)的不穩(wěn)定引起葉片力具有不穩(wěn)定性，從而形成了偶極子聲源，即風(fēng)機(jī)離散噪聲的主要來源。均熱板翅片功能上與蝸舌類似，即均熱板翅片與葉片的距離等同于蝸舌和葉片的間距。因此，均熱板翅片與風(fēng)機(jī)葉片邊緣距離的改變可影響風(fēng)機(jī)噪聲值大小。同時(shí)，由于風(fēng)機(jī)離散噪聲與蝸舌和葉片間的周期性作用有關(guān)，即風(fēng)機(jī)噪聲受到其轉(zhuǎn)速影響。

2 雷達(dá)天線系統(tǒng)噪聲分析

2.1 雷達(dá)天線系統(tǒng)噪聲測(cè)試系統(tǒng)

使用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、傳聲器和加速度傳感器組成雷達(dá)天線噪聲測(cè)試系統(tǒng)，圖2示出雷達(dá)天線系統(tǒng)噪聲測(cè)試系統(tǒng)。

圖2 雷達(dá)天線系統(tǒng)噪聲測(cè)試系統(tǒng)Fig.2 Noise testing system for radar antenna system

天線艙內(nèi)裝有2個(gè)相同型號(hào)的離心風(fēng)機(jī)，左離心風(fēng)機(jī)固定在左均熱板的中間區(qū)域，右離心風(fēng)機(jī)固定在右均熱板的中間區(qū)域。2個(gè)風(fēng)機(jī)同時(shí)勻速旋轉(zhuǎn)，通過均熱板外側(cè)均勻分布的翅片將天線艙內(nèi)部產(chǎn)生的熱量傳遞至空氣中，從而對(duì)雷達(dá)天線艙內(nèi)電子模塊進(jìn)行散熱。3個(gè)傳聲器分別布置在與天線系統(tǒng)外包絡(luò)面距離為1 m的3個(gè)方向，測(cè)點(diǎn)編號(hào)為1，2，3，測(cè)量天線系統(tǒng)的空氣噪聲值。編號(hào)4，5，6加速度傳感器貼敷在左側(cè)離心風(fēng)機(jī)均熱板的端面上，分別測(cè)量左側(cè)離心風(fēng)機(jī)沿Y向、X向、Z向的振動(dòng)加速度。編號(hào)7，8，9加速度傳感器貼敷在右側(cè)離心風(fēng)機(jī)均熱板的端面上，分別測(cè)量右側(cè)離心風(fēng)機(jī)沿Y向、X向、Z向的振動(dòng)加速度［11-12］。

測(cè)量天線系統(tǒng)噪聲時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)處于靜止?fàn)顟B(tài)，避免轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)后其內(nèi)部齒輪嚙合產(chǎn)生的噪聲對(duì)傳聲器獲取的風(fēng)機(jī)噪聲信號(hào)帶來干擾。在雙離心風(fēng)機(jī)工作工況下對(duì)天線系統(tǒng)進(jìn)行噪聲測(cè)試。

2.2 天線系統(tǒng)離心風(fēng)機(jī)工作噪聲分析

在室外風(fēng)速較小情況下對(duì)天線系統(tǒng)進(jìn)行噪聲測(cè)量，背景噪聲為50 dB（A）。天線系統(tǒng)離心風(fēng)機(jī)工作電壓為20 V，轉(zhuǎn)速為2 982 r/min。雙離心風(fēng)機(jī)工作時(shí)傳聲器1，2，3的噪聲時(shí)域曲線變化趨勢(shì)平穩(wěn)且較為接近，噪聲值為74.1 dB（A），比背景噪聲值大24.1 dB（A），滿足噪聲測(cè)試對(duì)背景噪聲的要求。

離心風(fēng)機(jī)軸頻：

式中 n ——離心風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min，n=2 982 r/min。

葉片基頻：

式中 z ——離心風(fēng)機(jī)葉片數(shù)量，z=9。

圖3示出雙離心風(fēng)機(jī)工作時(shí)振動(dòng)噪聲頻譜。

圖3 雙離心風(fēng)機(jī)工作時(shí)振動(dòng)噪聲頻譜Fig.3 Vibration and noise spectrum of double centrifugal fan during operation

從圖中可知，風(fēng)機(jī)噪聲聲壓小，風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲對(duì)均熱板結(jié)構(gòu)的反作用影響小，可忽略。雙離心風(fēng)機(jī)工作時(shí)噪聲頻譜圖呈現(xiàn)較為明顯的離散噪聲特性，在此工況下，在2 683.5 Hz處噪聲能量最大，噪聲峰值頻率為 447，894.5，1341.5，1 789，2 236.5，2 683.5，3 131，3 578 Hz，以上峰值頻率均為風(fēng)機(jī)葉片基頻447.3 Hz的倍頻，在49～447 Hz低頻區(qū)域?qū)?yīng)噪聲能量較小。在1 341.5 Hz處振動(dòng)能量最大，振動(dòng)能量較為分散，振動(dòng)峰值頻率 分 別 為 149，298，447，1 341.5，1 789，2 236.5，2 683.5，3 131 Hz，其中在 49～447 Hz低頻區(qū)域均勻連續(xù)分布間隔均為離心風(fēng)機(jī)軸頻49.7 Hz的倍頻，且低頻區(qū)域峰值頻率對(duì)應(yīng)的振動(dòng)能量較大，447～3 131 Hz之間的峰值頻率均為葉片基頻447.3 Hz的倍頻。由以上可知，天線系統(tǒng)噪聲和振動(dòng)加速度頻譜圖分布較為接近，其噪聲和振動(dòng)均與離心風(fēng)機(jī)葉片基頻有關(guān)。

3 離心風(fēng)機(jī)噪聲分析

3.1 離心風(fēng)機(jī)噪聲測(cè)試系統(tǒng)

圖4示出離心風(fēng)機(jī)噪聲測(cè)試系統(tǒng)，1個(gè)傳聲器布置在與離心風(fēng)機(jī)外包絡(luò)面距離為1 m的位置，測(cè)點(diǎn)編號(hào)為1，測(cè)量離心風(fēng)機(jī)的空氣噪聲值。鋁板與離心風(fēng)機(jī)葉片邊緣的距離為d。鋁板厚度與雷達(dá)天線系統(tǒng)的均熱板厚度相同，均為2 mm，鋁板模擬雷達(dá)天線系統(tǒng)均熱板上單個(gè)翅片。

圖4 離心風(fēng)機(jī)噪聲測(cè)試系統(tǒng)Fig.4 Noise testing system for centrifugal fan

由第1節(jié)離心風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲理論分析可知，風(fēng)機(jī)噪聲聲壓值大小與其轉(zhuǎn)速有關(guān)，且均熱板翅片與風(fēng)機(jī)葉片間距的改變對(duì)風(fēng)機(jī)噪聲產(chǎn)生影響。為此，可研究風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速以及鋁板與風(fēng)機(jī)葉片邊緣距離d對(duì)風(fēng)機(jī)噪聲的影響，通過改變直流電源輸出電壓來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和改變d的大小，在不同的工況下（離心風(fēng)機(jī)工作電壓 28，26，24，22，20，18 V，d 分別取 1，2，3，5，7，9 mm 以及無鋁板風(fēng)機(jī)空轉(zhuǎn)），通過傳聲器提取的噪聲信號(hào)來進(jìn)行風(fēng)機(jī)噪聲對(duì)比試驗(yàn)研究分析。噪聲測(cè)試時(shí)直流電源冷卻風(fēng)扇帶來噪聲干擾，采用吸音棉將直流電源全部包裹，以屏蔽直流電源冷卻風(fēng)扇噪聲對(duì)風(fēng)機(jī)噪聲的干擾［13-24］。

表1 不同工作電壓對(duì)應(yīng)的離心風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速與軸頻Tab.1 Speed and shaft frequency of centrifugal fan corresponding to different working voltage

3.2 不同工況下離心風(fēng)機(jī)噪聲試驗(yàn)對(duì)比分析

圖5示出直流電源待機(jī)時(shí)背景噪聲頻譜，背景噪聲為41.70 dB（A），由圖5可知，背景噪聲能量主要集中在0～2 000 Hz，高于2 000 Hz時(shí)噪聲能量隨著頻率增加而衰減。噪聲能量在362 Hz處最大，噪聲能量峰值頻率為 100，183，362，730，1 240，1 461 Hz。背景噪聲主要來源于直流電源上冷卻軸流風(fēng)機(jī)，因此，類似于離心風(fēng)機(jī)噪聲頻譜圖，背景噪聲主要峰值頻率均為183 Hz的倍頻，183 Hz與直流電源冷卻軸流風(fēng)機(jī)軸頻有關(guān)。

圖5 背景噪聲頻譜Fig.5 Noise spectrum of background

圖6示出不同工況下離心風(fēng)機(jī)噪聲頻譜，表2為不同轉(zhuǎn)速不同間距下離心風(fēng)機(jī)噪聲值，相同轉(zhuǎn)速下，隨著鋁板和風(fēng)機(jī)葉片邊緣的間距d減小，風(fēng)機(jī)噪聲增大，且出現(xiàn)較為明顯的嘯叫聲，聲音較為尖銳，風(fēng)機(jī)空轉(zhuǎn)即沒有鋁板遮擋時(shí)噪聲最小。和雷達(dá)天線系統(tǒng)雙離心風(fēng)機(jī)工作時(shí)工況相同，不同轉(zhuǎn)速以及不同間距下，離心風(fēng)機(jī)噪聲主要為離散噪聲。

表2 不同轉(zhuǎn)速不同間距下離心風(fēng)機(jī)噪聲值Tab.2 Noise of centrifugal fan at different speed and spacing

圖6 不同工況下離心風(fēng)機(jī)噪聲頻譜Fig.6 Noise spectrum of centrifugal fan under different working conditions

風(fēng)機(jī)3 684 r/min不同間距下以及無鋁板風(fēng)機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)的噪聲頻譜圖變化趨勢(shì)較為接近，噪聲能量峰值頻率為 555，1 104，1 656，2 208，2 760.5，3 311.5，3 865，4 415.5 Hz。以上頻率均為風(fēng)機(jī)葉片基頻552.6 Hz的倍頻，表明風(fēng)機(jī)噪聲與其葉片基頻有關(guān)。隨著d增大，噪聲能量逐漸趨近于分布在低頻區(qū)域555～1 104 Hz之間，高頻區(qū)域1 104～6 400 Hz對(duì)應(yīng)噪聲能量變小。3 516 r/min時(shí)風(fēng)機(jī)噪聲能量峰值頻率為 526.5，1 058.5，1 580，2 107，2 633.5，3 161，3 687，4 214.5 Hz，和 3 684 r/min 工況相同，以上頻率均為風(fēng)機(jī)葉片基頻527.4 Hz的倍頻。3 337 r/min時(shí)風(fēng)機(jī)噪聲能量峰值頻率為500，999.5，1 499.5，2 000.5，2 498，3 001，3 497，3 996.5 Hz。以上頻率均為風(fēng)機(jī)葉片基頻500.6 Hz的倍頻。3 170 r/min時(shí)風(fēng)機(jī)噪聲能量峰值頻率為475.5，951，1 427，1 902.5，2 378，2 853.5，3 329，3 804.5 Hz。以上頻率均為風(fēng)機(jī)葉片基頻475.5 Hz的倍頻。風(fēng)機(jī)2 982 r/min時(shí)噪聲能量峰值頻率為447，894.5，1 341.5，1 789，2 236.5，3 131，3 578 Hz。以上頻率均為風(fēng)機(jī)葉片基頻447.3 Hz的倍頻。2 761 r/min時(shí)風(fēng)機(jī)噪聲能量峰值頻率為416，832，1 248，1 664.5，2 080.5，2 496.5 Hz。以上頻率均為風(fēng)機(jī)葉片基頻414.2 Hz的倍頻。

由圖6可知，不同工況下，不同間距的離心風(fēng)機(jī)噪聲頻譜圖分布較為接近，其噪聲峰值頻率均為相應(yīng)風(fēng)機(jī)葉片基頻的倍頻，在葉片基頻二倍頻處風(fēng)機(jī)噪聲能量均為最大，大于葉片基頻二倍頻時(shí)噪聲能量隨著頻率增大而降低，且不出現(xiàn)直流電源待機(jī)時(shí)背景噪聲頻譜圖對(duì)應(yīng)的噪聲峰值頻率，隨著d增大，噪聲能量逐漸趨近于分布在低頻區(qū)域，高頻區(qū)域?qū)?yīng)噪聲能量變小。表明離心風(fēng)機(jī)噪聲受到直流電源冷卻風(fēng)扇噪聲干擾較小，其噪聲與離心風(fēng)機(jī)葉片基頻有關(guān)。

根據(jù)表2，可得到圖7所示的離心風(fēng)機(jī)不同工況下噪聲云圖，其中橫坐標(biāo)為鋁板與離心風(fēng)機(jī)葉片邊緣的間距，縱坐標(biāo)為離心風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，對(duì)應(yīng)圖中坐標(biāo)點(diǎn)的值為相應(yīng)的噪聲值，顏色越深表示噪聲值越大。圖中分別標(biāo)注有離心風(fēng)機(jī)噪聲值為70，65，60 dB（A）對(duì)應(yīng)的等值線，若不同間距和轉(zhuǎn)速取值對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)在相應(yīng)的等值線上，離心風(fēng)機(jī)的噪聲值相同。由圖7可知，相同間距下，隨著風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速增大，其噪聲值增大。相同轉(zhuǎn)速下，隨著間距增大，風(fēng)機(jī)噪聲值減小，不同間距對(duì)應(yīng)的噪聲值均大于無鋁板離心風(fēng)機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)的噪聲值。若需控制風(fēng)機(jī)噪聲值在60～65 dB（A）之間，間距和轉(zhuǎn)速取值對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)應(yīng)位于圖中60，5 dB（A）的等值線之間的區(qū)域。

圖7 離心風(fēng)機(jī)不同工況下噪聲云圖Fig.7 Noise cloud image of centrifugal fan under different working conditions

圖2（b）中均熱板翅片與離心風(fēng)機(jī)葉片邊緣距離為2 mm，從圖6和7可知，該間距下風(fēng)機(jī)噪聲值較大，且高頻區(qū)域噪聲能量較大。為了降低噪聲，均熱板翅片與風(fēng)機(jī)葉片邊緣間距至少大于10 mm。此外，在滿足雷達(dá)天線系統(tǒng)電子模塊散熱的前提下，適當(dāng)通過降低風(fēng)機(jī)工作電壓來減少其轉(zhuǎn)速，進(jìn)而達(dá)到降噪目的。

4 結(jié)語

由雷達(dá)天線系統(tǒng)噪聲測(cè)試結(jié)果可知，雙離心風(fēng)機(jī)工作時(shí)噪聲和振動(dòng)加速度頻譜圖分布較為一致，且噪聲振動(dòng)能量峰值頻率均為風(fēng)機(jī)葉片基頻的倍頻，表明雷達(dá)天線系統(tǒng)噪聲主要與離心風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲有關(guān)。通過單個(gè)離心風(fēng)機(jī)噪聲試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)噪聲值隨著其轉(zhuǎn)速提高而增大，不同轉(zhuǎn)速和不同間距的風(fēng)機(jī)噪聲頻譜圖分布較為接近，其噪聲峰值頻率均為相應(yīng)風(fēng)機(jī)葉片基頻的倍頻，在葉片基頻二倍頻處風(fēng)機(jī)噪聲能量均為最大，大于葉片基頻二倍頻時(shí)噪聲能量隨著頻率增大而降低，隨著鋁板和風(fēng)機(jī)葉片邊緣的間距增大，噪聲能量逐漸趨近于分布在低頻區(qū)域，高頻區(qū)域?qū)?yīng)噪聲能量變小。表明風(fēng)機(jī)噪聲與其葉片基頻有關(guān)。雷達(dá)天線系統(tǒng)中均熱板翅片和離心風(fēng)機(jī)葉片邊緣距離為2 mm，由離心風(fēng)機(jī)不同工況下噪聲云圖可知，均熱板翅片端面與風(fēng)機(jī)葉片邊緣間距應(yīng)至少大于10 mm，從而可有效降低風(fēng)機(jī)噪聲。此外，在滿足雷達(dá)天線系統(tǒng)電子元器件散熱的前提下，通過降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速可實(shí)現(xiàn)其降噪。