大飞机噪声技术研究——工程解决方法

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1、中国航空学会2007年学术年会飞机结构技术专题0701-03-016大飞机噪声技术研究——工程解决方法冯秉初张正平任方北京强度环境研究所北京100076摘要本文指出了飞机噪声存在的三个问题：一是机舱的噪声振动控制；二是机场的噪声干扰；三是某些部位的抗声疲劳设计，针对以上问题介绍了航天七〇二所进行过的飞行器噪声课题的研究工作，提出了大飞机噪声问题的工程解决方法，包括噪声载荷谱的确定；喷流噪声和客机机舱的噪声振动控制；声疲劳设计。从多方面论述了大飞机噪声课题研究，对于飞机的舒适性，经济性、安全性都是很重要的课题，对于

2、发展国家大飞机工程有很重要的现实意义。主题词噪声振动声疲劳1前言早在半个世纪以前，飞机的噪声问题就提出来了，国内认真研究也有30多年的历史，但是该问题至今还是一个不容易解决的问题。特别是对于民航飞机，它必须有很高的经济性和安全性，又要求很高的低噪声特性，做起来就特别不易。飞机的噪声课题，主要有三个问题：一是机舱的噪声振动控制；二是机场的噪声干扰；三是某些部位的抗声疲劳设计。客机的机舱噪声必须要控制在一定水平以下，但是为了人的乘坐舒适性，必须保持一定长的混响时间，不能用太多的吸声设计，因此就变成机舱整体振动控制问题

3、。这个课题就是如何用最小的结构重量代价，把机舱整体振动减到最少。客机在起飞、降落时不可避免地要对机场造成噪声干扰。但是要控制在机场的人员能够承受的程度。各国在飞机的适航性要求中都有这方面的规定，主要是要控制发动机喷流噪声。国外的研究认为，声压大于130dB的部位就有可能造成结构的声疲劳破坏。在发动机附近、尾翼和操纵面附近这些喷流噪声和气动噪声比较大的部分，都有可能发生。解决这些课题，综合起来就是完成以下三个方面的工作：（1）噪声载荷谱的确定；（2）噪声控制：声源控制和结构振动控制；（3）抗声疲劳设计；航天七〇二所

4、从60年代开始进行飞行器噪声课题的研究，在从事宇航声学任务研究的同时，也和有关单位合作承担了强五、歼12、歼8Ⅱ、歼10等飞机的噪声课题研究，以下从这些工作中介绍七〇二所的想法和体会。2噪声载荷谱的确定无论是任何飞机的噪声问题，首先要确定飞机相应部位的噪声载荷，飞机噪声载荷有两类：一类是飞机发动机喷流的射流噪声；另一类是气动噪声。发动机射流噪声和气动噪声一样都是气流发生的噪声，它的发生理论早在上世纪50年代就由1中国航空学会2007年学术年会飞机结构技术专题0701-03-016Lighthill提出来了，对于亚

5、音速流和亚音速飞行器，计算结果与飞行测量结果是相符的。但是由于噪声在110dB就会出现非线性，到130dB非线性非常严重，因此对强声场预示，计算已经无能为力了。所以国内外一直是以冷、热流缩比模型试验和实测为主。对于涡喷发动机则以冷流缩比模型试验为主。图1是冷流缩比模型试验，对于喷流发动机来说试验相当准确，频谱误差在±2dB之内。它的好处是样机生产出来之前就可以确定各处的声载荷。等声压线模拟喷流压缩空气图1缩比模型试验图2是七〇二所的冷流试验设备，该设备经济适用，能较准确的模拟喷流，在研制的后面阶段是有实用价值的。

6、图2冷流试验设备示意图图3、图4是XX型号在进行噪声载荷实测【1】。图3XX型号在进气道内测点图4XX型号整体油箱外侧测点2中国航空学会2007年学术年会飞机结构技术专题0701-03-016气动噪声，原理上讲不是声。但是在工程上可以作为声载荷处理，在飞机上，它发生在进气道和飞机的外表面。对于多次使用的有人飞行器，实测比风洞测量更方便、更省钱，所以多用实际飞行测量。图5是XX型号的飞行测量布置。图5XX型号的飞行测量布置测量了各种运行状态的，进气道噪声和机身上的气动噪声。实测气动噪声主要的困难是如何测量到真实的气

7、动噪声，传声器的安装方法，高速气流的压力等都会严重影响测量结果，必须避免由于传声器带来的风噪声，它可能比测量的气动噪声还要大，克服和辨别都比较困难，我们为了测量到真实的气动噪声，曾专门飞行了7个起落。当时另一个困难是轻便的机载记录仪。开始是改装的火箭用的弹载记录仪，现在已经不成问题，这些数据是解决飞机噪声问题的基础。3飞机噪声的控制问题民航飞机的噪声控制问题主要的有两个：一个是飞机喷流产生的噪声，会对机场的工作人员，候机乘客和周围居民造成影响，因此必须控制在尽可能小的程度；第二个课题是，客舱内的噪声水平控制，这是

8、一个更重要的问题。3.1喷流噪声的控制射流噪声是由于喷流与静止空气的剪切流产生的漩涡发动机喷口造成的，如图6：超音速区亚音速喷流噪声的声功率可按下式计算【2】282WK=Dρv/c（1）00其中：−5K为常数，称为莱特希尔常数，试验值约为31×0；混合区D为喷口直径；亚音速区ρ为喷流密度；0v为喷流速度；C为声速。0图6喷流形状图大型民航飞机的发动机功率非常大，产生的噪声