NASA 开发的噪声测试工具将用途扩展到飞机之外

由跨学科咨询公司 (IC2) 开发的 WirelessArray 已部署在兰利研究中心进行试飞，使无人机的飞行测试变得快速且经济高效。 （图片来源：美国宇航局）

在新飞机上进行噪声测试的飞机制造商现在有比传统有线麦克风阵列便宜得多的选择。而且它足够敏感，可以帮助农民解决害虫问题。一家公司最近在美国宇航局的帮助下创建的无线麦克风阵列可以通过监听昆虫在田间发出的声音来定位威胁农作物的昆虫。现在，它几乎可以在任何地方进行快速、经济的测试。

自 2017 年发布首款商业产品（在 NASA 的广泛帮助下开发的用于风洞测试的传感器）以来，跨学科咨询公司 (IC2) 已将其员工人数增加了一倍，并搬到更大的实验室和办公空间来生产其新的 WirelessArray 产品。为了让自己的飞行测试变得更便宜，美国宇航局位于弗吉尼亚州汉普顿的兰利研究中心也通过多项小型企业创新研究 (SBIR) 合同和专家咨询来支持这个新项目。

IC2 开发的 WirelessArray 使用自供电、防风雨节点（如本例）来检测噪声。麦克风可以替换为其他传感器来收集一天、一周甚至全年的数据。顶部的太阳能电池板为内部电池供电，数据存储在内部存储卡上。 （图片来源：跨学科咨询公司）

结果是一系列小型碟形底座配备了多个传感器，可以测量头顶声音产生的气压变化。飞机经过噪音测试并需要认证，因此它们不会超过美国联邦航空局针对机身类型设定的噪音水平。当飞机直接从头顶飞过时，该阵列会收集噪声数据以构建声压及其来源的二维图。定制软件包会为最终用户翻译该信息。

在 NASA 的支持下，这种更实惠的测试工具正在应用于飞机以外的领域，从动物监测到清洁能源发电。

兰利测量科学总工程师托尼·汉弗莱斯 (Tony Humphreys) 表示，美国宇航局航空航天局一直使用有线系统来收集相同的数据，但看到了一种不太麻烦的方法的潜力。 Humphreys 负责监督 WirelessArray SBIR 合同，并提供咨询，甚至提供该公司用作起点的原型设备。

“此前，当我们前往爱德华兹空军基地进行一系列飞行测试时，我们使用了一个包含数百个传感器的大型阵列。我们有大约 15 英里的电缆来连接所有传感器，六名机组人员花了三天时间才完成安装和拆除，”他说。电缆必须以特定的方式放置以避免重叠，如果下雨，每个传感器都必须被覆盖以防止降水。多辆半挂卡车拖运了所有这些设备，以及发电机、服务器机架和其他设备。

相比之下，两名 IC2 工作人员驾驶一辆配备了测试 WirelessArray 系统所需所有硬件的小型货车抵达兰利的飞行测试场。然而汉弗莱斯表示，较小的无线系统生成的数据与传统系统相当。

总部位于佛罗里达州盖恩斯维尔的 IC2 副总裁 Chip Patterson 表示，NASA 和商业航空公司使用有线系统进行的飞行测试非常昂贵，以至于小公司通常无法承担。这项专为满足 NASA 规范而设计的技术正在改变这一现状。无论使用一个还是 100 个传感器节点，任何人都可以负担得起进行飞行测试。

试飞可帮助飞机和无人机制造商确定飞机的哪些部分产生的噪音最大。使用数百个有线麦克风使得改进设计以满足噪声要求成为一个昂贵且耗时的过程。 （图片来源：美国宇航局）

“每个节点都包含一个小型计算机系统，”帕特森说。 “它能够采集数据并将其存储在 SD 卡的内存中。它还有一个小型网络服务器，允许最终用户点击它，要求它开始采集、停止记录、下载文件、检查电池健康状况等等。”

传统的有线系统需要同时即时下载所有数据，这意味着阵列受到其输入的硬盘驱动器容量的限制。 IC2 较小的系统可获取更大的数据集，从而使数据能够存放在每个节点中直至被收集。例如，如果在现场放置一个节点来收集几个月的社区噪声测量结果，则无需每天前往该站点下载测量结果。

WirelessArray 支持多种传感器，因此可以轻松地将麦克风更换为光学传感器或各种其他类型。每个单元都有自己的自充电电池和太阳能电池板，支持长期部署。内置 GPS 保持多个节点之间的同步采样，无线通信允许用户远程下载数据并监控每个设备的运行状况。节点的环境硬化外壳使得可以在任何天气下进行测量，而无需额外的防尘、雪或极端温度保护。

开发新型遥控飞行器的初创公司现在可以获得复杂的飞行测试数据，以快速识别起飞、飞行或着陆期间的噪音问题。每次修改的多次测试飞行可以加快上市时间，因为设置、操作和拆除系统的成本非常低。

操作单个节点或广泛阵列所需的只是一个现成的无线接入点和一台装有 IC2 软件应用程序的标准笔记本电脑。这些节点还可以轻松集成到现有系统中。

这种小型便携式技术正在进入飞机测试以外的各种项目和应用。 IC2 正在与昆虫学家合作，利用声学数据聆听农业环境中的高频昆虫声音。发现昆虫以农作物为食的位置将使农民能够在它们造成太大损害之前进行干预，同时限制在这些地区使用农药。

研究人员正在探索在生物环境中监测小鼠和大鼠的方法，将与人类听力相匹配的标准声学传感器更换为超声波传感器。这将使监测表明动物健康和福祉的吱吱声和其他声音成为可能。类似的超声波传感器可以监测超音速飞机的飞行路径，识别音爆何时接近某个区域。

该技术可应用于任何产生声音的事物，根据预设的时间表或按需收集数据。风力涡轮机、火箭发动机试验台以及机场噪音水平等环境观测只是其中的几种可能性。 NASA 还可以使用该系统来收集全新飞机设计的数据。

“随着航空业转向更先进的概念，例如桁架支撑机翼、分布式电力推进或其他概念，我们一直在推动声学方面的发展。这增加了对新配置进行噪声测试和噪声认证的需求，”汉弗莱斯说。因此，NASA 工程师很快就可以将半卡车和服务器换成几辆小型货车和笔记本电脑。

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