大飞机噪声问题探讨

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1、中国航空学会2007年学术年会气动专题20大飞机噪声问题探讨赵磊中国航天空气动力技术研究院第一研究部，北京100074摘要民用大型飞机降落时襟翼、副翼和起落架展开，为高升力、高阻力结构，发动机喷口湍流流入大气，湍流边界层和空腔振荡产生很强的噪声。飞机低空飞行很长距离，潜在地使大片区域暴露在飞机进场噪声环境中[1]。飞机外部噪声通过侧壁和结构传播进入机舱，形成内部噪声[2]。民用飞机必须具备舒适的乘坐环境，对内部噪声有严格的要求。进场噪声和内部噪声是民用大型飞机主要的噪声问题。本文从大飞机噪声源分析入手，探

2、讨大飞机的进场噪声和内部噪声问题。民用大型飞机主要噪声源是动力系统噪声和无动力（机身）噪声[3]。动力系统噪声是发动机部件（风扇、压气机、涡轮、燃烧室和喷管等）产生的噪声；无动力（机身）噪声是湍流边界层、展开的起落架、起落架舱门和盖板绕流、展开的副翼和活动辅助翼绕流、展开的阻力板绕流、机翼和机身绕流、发动机安装与机身相互干扰[4]等产生的噪声。进场噪声和内部噪声分别来自不同的噪声源。现代民用大型飞机高性能、节省燃料要求使得噪声控制具有很大挑战性。噪声控制系统不仅要求尽可能小的结构质量、空间需求，而且要求最

3、小化对飞机性能的负面影响。深入了解民用大型飞机噪声特性有利于建立有效的噪声控制策略，满足国际民用大型飞机噪声标准。关键词大飞机进场噪声内部噪声动力系统噪声无动力（机身）噪声1.引言全球化日益深入的今天，大型民机在国际经贸往来中起着重要的作用。目前，波音和空中客车公司在国际民用航空干线上分享大多数市场份额。我国在上世纪七八十年代曾开展过大型飞机研制工作，由于种种原因研制工作一度搁浅，但也积累了许多研制经验。随着国力的增强和国际交流的不断深化，大型民用飞机自主研发又提上了日程。大型民机的高经济性和高安全性要求

4、使得许多相关的空气动力学问题亟待得到解决。噪声是大型民用飞机研制阶段必须重视的空气动力学问题之一。本文试图探讨大型民机的主要噪声问题及其有效的噪声控制策略。大型民机降落时襟翼、副翼和起落架展开，飞机为高升力、高阻力结构，发动机喷口湍流流入大气，湍流边界层和空腔振荡产生很强的噪声。飞机低空飞行很长距离，潜在地使大片区域暴露在飞机进场噪声环境中。进场噪声在机场附近有居住人群时显得十分重要。飞机外部噪声通过侧壁和结构传播进入机舱内部，形成内部噪声。内部噪声影响承载人员的舒适乘坐环境，决定了大型民机型号的国际认可

5、程度。可见，噪声问题是民用大型飞机气动问题中极为重要的研究课题之一。2.大飞机噪声源大飞机噪声问题研究首要任务是了解其主要的噪声源。大型民机主要噪声源可分为：(1)动力系统噪声，即发动机部件（风扇、压气机、涡轮、燃烧室和喷管等）产生的噪声；(2)无动力（机身）噪声，包括湍流边界层、展开的起落架、起落架舱门和盖板绕流、展开的副翼和活动辅助翼绕流、展开的阻力板绕流、机翼和机身绕流、发动机安装与机身相互干扰等产生的噪声。1中国航空学会2007年学术年会气动专题202.1风扇噪声大尺度大气湍流进入发动机入口，不均

6、匀轴向气流进入风扇叶片。叶片旋转时，由于攻角变化，不均匀流引起叶片上的不稳定载荷。这个风扇转子叶片尾迹撞击下游叶片组产生的非定常压力脉动，是风扇噪声的主要噪声源。这些不稳定载荷辐射叶片通过频率谐波的偶极噪声。由于叶片载荷幅值和相位的随机脉动，它也产生宽带噪声。噪声强度与风扇叶梢速度有关。针对风扇噪声的特性，第二代涡扇发动机如JT9D、CF6R和B211在设计中消除了导向叶片，选择转子和定子叶片数目，有意最小化亚音速转子翼梢的叶片基础通过频率声的幅值，转子和定子叶片间保留较大的空间，使得风扇噪声能量得到衰减

7、。2.2喷流噪声飞机降落和爬升时喷管出口湍流流入大气，产生喷流噪声。喷流噪声研究起源于二十世纪五十[5]年代的英国。M.J.Lighthill发展了声类比理论，用对流湍流的密度和速度脉动描述喷流噪声。如今，Lighthill理论仍是研究喷流噪声发声的基础。飞机降落时喷流噪声占主导，因此，降低飞机降落时的发动机喷流噪声十分重要。喷流噪声抑制通常采用如V形喷嘴修正等方法减小喷流噪声幅值，并最小化发动机性能损失。当飞机陡直爬升副翼收回时，涡喷发动机的喷管出口速度为200~400m/s，此时可用吹气副翼、喷嘴混频

8、器和喷嘴声学线纹路排气口等喷流噪声抑制设备减小吹气副翼噪声和喷流噪声。当装备涡扇发动机的飞机降落时，可用安装较大的单组风扇代替两组风扇，较大风扇从涡轮吸取更多的能量，相同的推力下有较小的喷流速度和喷流噪声。2.3发动机核心噪声研究发现，喷气发动机在低喷流速度（<300m/s）时，噪声谱慢于Lighthill预示的速度八次方法则，而在喷流速度高于300m/s时测量结果遵循这个趋势。暗示着存在一个额外的不依赖于速度特性的噪声位势源