这篇文档属于类型a，即报告了一项原创性研究的科学论文。以下是针对该研究的学术报告：
1. 研究作者与机构
本研究由Fabio Casagrande Hirono（英国索尔福德大学声学研究中心）、Antonio J. Torija Martinez、A. S. Elliott等6位作者合作完成，合作机构包括索尔福德大学和剑桥大学惠特尔实验室。论文标题为《Aeroacoustic Design and Optimisation of an All-Electric Ducted Fan Propulsion Module for Low-Noise Impact》，发表于2022年6月的AIAA/CEAS航空声学会议，DOI编号为10.2514⁄6.2022-3034。
2. 学术背景
研究领域为航空声学与电动推进技术，背景源于城市空中交通（Urban Air Mobility, UAM）发展对低噪声电动推进系统的迫切需求。传统开放式旋翼噪声问题突出，而涵道风扇（ducted fan）被认为可通过降低叶尖涡流和遮挡噪声实现降噪。然而，现有研究表明，简单涵道设计可能无法有效降噪，甚至增加噪声。因此，本研究旨在通过多学科优化方法（包括气动设计、声学测试和心理声学评估）开发一种低噪声全电动涵道风扇推进模块，并验证其声学性能。
3. 研究流程与方法
研究分为四个主要阶段：
3.1 气动设计与优化
- 初步设计工具：基于控制体积分析（control volume analysis）和速度三角形（velocity triangles）确定叶片几何参数，结合扩散因子（diffusion factor）和叶片偏差（blade deviation）相关性优化叶片数量与角度。
- CFD模拟：采用三种保真度方法：
- 单通道稳态RANS（雷诺平均纳维-斯托克斯）模拟，用于快速评估数百种设计（60分钟/设计，单GPU运行）；
- 全环非定常RANS模拟，用于高保真声学输入数据生成（6小时/设计，4 GPU并行）。
- 三维叶片设计：通过复合弯掠（compound sweep and lean）避免非设计工况下的流动分离，使用Kulfan参数化方法生成翼型。
3.2 缩比样机与实验设置
- 样机规格：1/9缩比模型，直径145 mm，采用SLS（选择性激光烧结）尼龙材料打印涵道，铝合金五轴铣削转子（10叶片）和导叶（8叶片），配备2 kW电动机。
- 声学测试：在索尔福德大学全消声室（截止频率100 Hz）进行，使用10个自由场麦克风（半径2.5米，仰角θ=0°–90°），同步采集转速、推力、温度等参数，采样率50 kHz。
3.3 数据分析方法
- 声谱分离：通过Welch法计算功率谱密度（PSD），采用移动中值滤波（moving-median filter）分离宽带噪声与离散噪声（如叶片通过频率BPF谐波）。
- 心理声学指标：计算Zwicker心理声学 annoyance（综合烦躁度）、loudness（响度）、sharpness（尖锐度）等指标，分析噪声主观感知。
4. 主要结果
4.1 噪声特性
- 宽带噪声主导：在4000–8000 rpm范围内，宽带噪声比离散噪声高约8 dB（图10），主要能量集中在1.5 kHz频段（图8）。
- 离散噪声特征：BPF谐波可达10阶，但幅值较低；上游方向（θ=180°）的tonality（音调度）随转速增加显著（图13），可能与转子-导叶干涉有关。
4.2 心理声学分析
- 烦躁度与响度：与转速呈正相关（图13a–b），且方向均匀性高，表明噪声感知无显著方向偏好。
- 尖锐度与音调度：sharpness值较低（ acum），而tonality在上游较高，提示未来可通过涵道吸声衬层（nacelle liners）进一步降噪。
5. 结论与价值
- 科学价值：证明了涵道风扇设计中宽带噪声的主导性，为低噪声电动推进系统提供了设计范式；结合心理声学指标优化了噪声感知评估方法。
- 应用价值：成果将直接用于全尺寸（1.3米直径）推进模块开发，支持城市空中交通的噪声合规性设计。
6. 研究亮点
- 多学科协同设计：首次将气动优化、声学测试与心理声学分析结合，覆盖从CFD到主观感知的全链条评估。
- 创新实验方法：采用移动中值滤波精确分离噪声成分，解决了小型涵道风扇声谱分析的难题。
- 工程可扩展性：缩比模型与全尺寸设计的参数关联方法为后续研究提供了标准化流程。
7. 其他发现
- 流动再循环效应：通过长时间运行测试（图7）排除了消声室内气流再循环对声学数据的干扰，验证了实验可靠性。
- 电机噪声影响：高频段（>10 kHz）的电磁噪声未被计入声学分析，未来需隔离处理。
以上内容完整涵盖了研究的背景、方法、结果与创新点，符合学术报告的要求。