本文原刊登于Ansys Blog：《Immersive Soundscapes for Human Perception of Aviation Acoustics》

作者：Scott Granger | Ansys USAF和USSF項目總監

編輯整理：姚翔 | Ansys高級應用工程師

城市空中交通（UAM）是一種新興的交通方式，旨在滿足郊區和城市周圍環境中日益增長的航空運輸和運營需求。實施UAM的目標是為周圍人口密集地區的人員和貨物創建安全高效的運輸系統。考慮到在物流、國防和人道主義工作中的潛在應用，業界正在開發新一代飛行器，以創建針對UAM任務進行優化的系統。新興的UAM飛行器采用電池供電，并且在很大程度上實現了自動駕駛功能，因此非常適合商業和國防應用。

UAM的安全性是運營商以及周圍居民的首要關注點。由于噪聲污染的增加會帶來社區健康風險，因此聲學是UAM平臺在城市環境中的一個關鍵考慮因素。UAM噪聲暴露可能導致的不利健康狀況包括疲勞、心理聲學影響和耳鳴。在航空業界，基于聲學的分析和先進的降噪技術被認為對UAM實踐的可持續性至關重要。

為了激勵更多的公司開發和應用各種電動垂直起降（eVTOL）技術，美國空軍啟動了“敏捷至上（Agility Prime）”計劃。該計劃旨在促進和加速商用功能的應用，與此同時，Infinity Labs也抓住了機遇，將Ansys先進的功能集成到新一代聲學分析框架中，從而使UAM行業受益。

Infinity Labs首席創新官兼聲學工作首席研究員Nicholas Kuprowicz博士表示：“我最初的想法是設計出類似于谷歌地圖的功能，您可以使用谷歌街景進入地圖，并查看三維場景。我希望在飛行器聲學方面也實現類似的功能，讓您可以在任何時間和地點，沉浸在虛擬/仿真環境中，聆聽到在附近飛行器的聲音。”

Infinity Labs成功展示了高保真度建模和仿真功能，使人類能夠在虛擬空域環境中感知飛行器聲學。該團隊利用包括Ansys Fluent和Ansys Sound在內的商用工具實現了這項功能，并基于eVTOL機身和轉子聲學對這種方法進行了驗證和確認。得益于該功能，Infinity Labs可直接支持政府研究和行業硬件開發工作，并將其應用擴展到更廣泛的飛行器類型和操作環境中。由于人類對聲學的感知是飛行器航線規劃的重要影響因素，該公司預計這項功能在商業和國防領域的應用將獲得顯著增長。

基本流程的概念很簡單：將來自飛行器操作的計算流體動力學（CFD）仿真的壓力流場數據輸入到聽覺化方法中，然后利用該方法可將壓力數據轉換為觀察者所在位置能夠感知到的聲音。

Infinity Labs通過兩種不同的應用建立了該流程，旨在驗證和確認此功能：第一種應用是在城市環境中對概念性eVTOL機身和轉子設計的飛行操作進行仿真。在這種情況下，他們使用了俄亥俄州超級計算機中心的計算資源，并使用Sound對Fluent和Star-CCM+的仿真結果進行了比較和聽覺化處理；

第二個應用是在消聲室中對專有轉子設計和測試硬件進行物理實驗。在第二種情況下，Ansys Cloud的計算資源直接被用于Fluent，并且工程師將仿真的流場特性與高精度實驗流場數據進行了比較。此外，工程師還將Sound的仿真結果與在多個接收器位置測量的聲譜進行了比較。  

CFD仿真可準確地捕獲主要的流場物理特性，聽覺化處理則能夠逼真地將壓力數據轉換成可聽見的聲音。

Kuprowicz博士說道：“結果非常驚人，音頻的質量和清晰度簡直令人驚艷，尤其是對于虛擬飛行器設計應用而言。它聽起來如此真實，我記得我一遍又一遍地播放第一批音頻結果——好像連續播放了10次。這個過程簡直太美妙了。”

憑借使用成熟而可靠的Ansys功能，Infinity Labs得以快速成功地將飛行器聲學分析的新穎想法轉變為原型和操作應用。Infinity Labs將繼續專注于更廣泛類型的飛行器的聲學研究，以及探索在數字飛行器設計流程早期階段聲學產生的影響。