NASA 开发的噪声测试工具拓展至飞机以外应用

Interdisciplinary Consulting Corporation (IC2) 开发的 WirelessArray，此处铺设于兰利研究中心试飞现场，使无人机飞行测试快速且具成本效益。（图片：NASA）

飞机制造商对新飞机进行噪声测试时，现在有比传统有线麦克风阵列便宜得多的选择。而且它灵敏度足以帮助农民解决害虫问题。在 NASA 帮助下一家公司最近创建的无线麦克风阵列，可通过聆听田间害虫发出的声音定位威胁作物的昆虫。现在，它使快速、负担得起的测试几乎随处可行。

自 2017 年发布首个商业产品——在 NASA 大力帮助下开发的风洞测试传感器——Interdisciplinary Consulting Corporation (IC2) 已将员工规模翻倍，搬入更大实验室和办公空间生产新产品 WirelessArray。为使自身飞行测试更经济，NASA 兰利研究中心（弗吉尼亚州汉普顿）通过多份小企业创新研究 (SBIR) 合同和专家咨询支持了该新项目。

IC2 开发的 WirelessArray 使用自供电、防风雨节点（如图）检测噪声。麦克风可替换为其他传感器，收集一天、一周甚至全年数据。顶部太阳能板为内部电池供电，数据内部存储于存储卡。（图片：Interdisciplinary Consulting Corporation）

结果是一系列小型碟状基座，配备多个传感器测量头顶声音产生的气压变化。飞机需经噪声测试并认证，确保不超 FAA 设定的机型噪声限值。飞机直接飞越时，阵列收集噪声数据构建声压二维图及声源。定制软件包为最终用户转换该信息。

得益于 NASA 支持，更经济的测试工具应用扩展至飞机以外，从动物监测到清洁能源发电。

NASA Aeronautics 一直使用有线系统收集相同数据，但看到了更简便方法的潜力，兰利测量科学首席工程师 Tony Humphreys 说。Humphreys 监督 WirelessArray SBIR 合同，也提供咨询甚至原型设备供公司起步。

“以前去爱德华兹空军基地做系列飞行测试，用包含数百传感器的大型阵列。约 15 英里布线连接所有传感器，6 人小组需 3 天搭建拆除，”他说。电缆须按特定模式布局避免重叠，下雨时每个传感器须覆盖防雨。多辆半挂车运送所有设备、发电机、服务器机架等。

相比之下，两名 IC2 员工驾驶面包车携带测试 WirelessArray 系统所需所有硬件抵达兰利飞行测试场。Humphreys 称小型无线系统生成数据与传统系统相当。

NASA 和商业航空公司用有线系统进行的飞行测试太昂贵，通常超出小公司承受范围，IC2 副总裁 Chip Patterson 说，公司位于佛罗里达州盖恩斯维尔。这项按 NASA 规格设计的技术正在改变现状。无论使用 1 个还是 100 个传感器节点，任何人都能负担得起飞行测试。

测试飞行帮助飞机和无人机制造商识别哪些部件产生最大噪声。用数百有线麦克风使改进设计满足噪声要求成为昂贵耗时过程。（图片：NASA）

“每个节点包含小型计算机系统，”Patterson 说。“能在 SD 卡内存上获取存储数据。也有小型网页服务器允许最终用户探测：开始采集、停止记录、下载文件、检查电池健康等。”

传统有线系统要求同时即时下载所有数据，意味着阵列受限于馈入硬盘容量。IC2 小系统获取大得多数据集，允许数据留在各节点直到收集。例如，单节点置于野外收集数月社区噪声测量，无需每天去现场下载测量数据。

WirelessArray 支持多种传感器，麦克风易替换为光学传感器或其他类型。每单元自带自充电电池和太阳能板，支持长期部署。内置 GPS 维持多节点同步采样，无线通信允许用户远程下载数据和监控各设备健康。节点环境硬化外壳使其可在任何天气测量，无需额外防尘、防雪、防极端温度保护。

开发新型远程驾驶飞行器的初创公司现在能获取复杂飞行测试数据，快速识别起飞、飞行、着陆时噪声问题。每次修改多次测试飞行可加速上市，因系统搭建、操作、拆除成本极低。

操作单个节点或大规模阵列只需现成无线接入点和装载 IC2 软件应用的标准笔记本电脑。节点也易集成进现有系统。

这项小型便携技术正扩展到飞机测试以外的多种项目和应用。IC2 正与昆虫学家合作，利用声学数据在农业环境监听高频昆虫声音。发现昆虫取食作物位置可让农民在造成过大损害前干预，将农药使用限制在相关区域。

研究人员探索在生物环境监测鼠类，将匹配人类听力的标准声学传感器换为超声传感器。这使监测指示动物健康和福利的吱吱声等成为可能。类似超声传感器可监测超音速飞机飞行路径，识别音爆何时接近区域。

技术可应用于任何产生声音的事物，按预设时间表或按需收集数据。风力涡轮机、火箭发动机试验台、机场噪声水平等环境观测只是几个可能性。NASA 也可用此系统收集全新飞机设计数据。

“随着航空学向桁架支撑机翼、分布式电推进等更先进概念迈进，我们一直在推声学侧面，”Humphreys 说。“这引发对新配置噪声测试和噪声认证的需求。”所以，NASA 工程师很快能用几辆面包车和笔记本电脑替代半挂车和服务器。

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