大型客机气动噪声预测

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1、大型客机气动噪声预测AeroacousticPredictionofLargeCommercialAircraft中国航天空气动力技术研究院张卫民郝璇陈大斌周家检张卫民研究员。1990年起在中国航天空气动力技术研究院从事空气动力学相关研究工作。主要的研究方向为气动性能预测方法、气动布局设计．气动外形综合优化设计方法研究等。随着民用飞机数量的剧增以及飞机起降密度的加大，航空噪声问题日益引起世界范围的关注。为此，国际民航组织(ICAO)制定了一系列飞机噪声适航条例，对民用客机噪声水平加以限制。如今，许多大型机场对飞机起落时的噪声水平都有严格要求。除此之外，民用

2、客机的噪声水平也是各个航空公司在采购飞机时需要考虑的重要指标。对于我国自主研发的大型民用客机来说，噪声水平是其能否取得适航证的关键因素之一，特别是国际民航组织第四阶段的66航宅翻造技术·2010年第14期气动声学是研究流体自身以及流体与固体边界相互作用时发声机理的一门学科。它成功地运用了古典声学尤其是运动介质声学相似的物理概念、基本方法和处理问题的技巧。而计算气动声学正是适应气动声学的发展要求。在计算机水平和并行计算技术日益成熟的情况下出现并发展起来的。噪声标准，要求2006年以后提出适航申请的新型民用客机的噪声水平应比第三阶段低10dB。这对于我国正在研

3、制的大型民用客机来说无疑是一项巨大的挑战。目前，波音、空客等民用客机制造公司在进行气动布局设计时已经把气动特性与噪声水平放在同等重要的位置，如波音公司从事噪声控制工作的人员多达150人。随着我国大飞机项目的立项，民用客机气动声学研究与设计已提上日程。我国气动声学研究起步较晚，目前基本上还处于理论研究阶段，如何将研究成果应用于工程设计是迫切需要解决的问题。大型客机气动噪声研究现状民用客机的气动噪声源主要有以下几类：发动机、增升装置、起落架以及动力系统与机体的干扰噪声等。其中，发动机噪声包括风扇噪声、压气机／涡轮噪声、燃烧噪声、喷流噪声等。而增升装置噪声、起落

4、架噪声以及动力系统与机体的干扰都属于无动力噪声。国外对于民用客机气动噪声问题的研究始于20世纪60年代。早期的民用客机气动噪声源主要是由发动机产生的喷流噪声。随着莱特希尔(Lighthill)“喷流噪声声功率与喷流速度8次方成正比”理论的提出，发动机设计者采取了一系列措施降低发动机的喷流速度，发动机喷流噪声也随之降低。另外，大涵道比涡轮风扇发动机取代了早期的涡轮喷气发动机，这项技术在增大发动机推力的同时进一步降低了发动机噪声。除此之外，消声短舱、V一型花瓣喷嘴(Chevronl等新技术也大大地降低了发动机噪声。通过以上这些降噪措施，发动机噪声已经与机体噪声

5、达到同一量级，特别是在降落的过程中，机体噪声已Ae吣⋯Ic0。gnTe。帅Jog，衙Lar9。c。。。。恻M。。n大飞机气动设计技术经占据主导地位，这其中增升装置和起落架是机体气动噪声的重要噪声源。当襟翼打开时，由于升力的突然改变在襟翼的侧缘产生了强大的涡，包括高频的小尺度不稳定涡和低频的大尺度涡，这2种不同尺度的涡形成了襟翼的主要噪声源。而对于缝翼来说，缝翼凹槽的涡扰动CoveVorticityFluctuation)、再附着扰动(ReattachmentFluctuation)以及涡／后缘干涉(VortexTEInteraction)是缝翼的主要噪声源

6、。当飞机起落架打开时，起落架舱是一个典型的空腔结构，空腔流激振荡不但能产生额外的噪声，而且会导致非定常载荷；而对于起落架来说，钝体分离是其产生噪声的主要原因。研究手段及发展1试验技术试验研究是气动声学问题研究的重要手段。受风洞背景噪声影响，试验飞机及其部件绕流产生的噪声有很大的不准确性，这就需要建立一个有效的装置，能够减小声学干扰，准确分辨声源的位置和强度。早期的声源定位和量化测量技术是声学镜(AcousticMirroro声学镜是在一个大型椭圆凹面镜的焦点上安置一个麦克风，根据凹面镜聚焦原理测量声源。后来又发展出“麦克风相阵列”(PhasedArray)

7、测量技术。它是使用大量校准的麦克风识别空间声源的波阵面，用J：H同相位检测空间声场截面，确定声源分布。相阵列形式有一维线性、二维平板式和三维空间螺旋分布形式3类。三维相阵列只是在近场获得全息声学图像，只适用于三维近场试验，并不适用于推导远场的转向矢量；二维相阵列则可以用于远场声学测量，闭口风洞声学试验通常需要采用平板式麦克风相阵列。相阵列可以通过增加麦克风数目提高信噪比(SNR)，它是通过麦克风间的互谱计算来实现的。并且可以通过对测得的信号进行相干分析，极大地减小不相关噪声的影响，从而得m飞机及其部件上噪声源的位置、脉动压力、声压级、自功率谱和可=相关功率

8、谱。采用麦克风相阵列技术在风洞及外场测量是近些年来飞机气动噪声预测