海南美高梅 做一架安静的大飞机——从控制发动机噪声开始

2020-01-09 08:23:53

[摘要] 据估算,一架在16000米高空以两倍声速飞行的“协和号”客机产生的声强级大约为133分贝,这相当于在耳边步枪射击。这几乎判了“协和号”死刑。对于绝大多数乘客来说,飞机噪音是一种痛苦。控制发动机喷流噪声的另一种方法是使用波纹喷口。然而波纹喷口不可避免的带来了若干发动机性能方面的损失,目前仅有数种发动机采用了波纹喷口降低喷流噪声。消声短舱作为控制发动机噪声的最主要部件,其降噪性能是发动机乃至飞机的关键

海南美高梅 做一架安静的大飞机——从控制发动机噪声开始

海南美高梅,2003年10月24日,世界知名的超音速客机——协和飞机执行了最后一次飞行,黯然退出市场,主要原因是音爆和起飞噪声太大。据估算,一架在16000米高空以两倍声速飞行的“协和号”客机产生的声强级大约为133分贝,这相当于在耳边步枪射击。由于担心扰民问题,美国航空管理局(fda)禁止任何横越北美大陆的超音速商业飞行。这几乎判了“协和号”死刑。

对于绝大多数乘客来说,飞机噪音是一种痛苦。美国语言听力协会的帕梅拉·梅森(pamela mason)表示,飞机起飞和着陆时噪音最大,机舱内的音量能够达到105分贝;而在高空巡航时,噪音会降到85分贝左右。长期暴露在85分贝的噪音中会引发短暂的听力问题,很多人在长时间乘坐飞机后都出现了耳鸣,这是噪音损伤的早期症状。

对于一架安静且令人舒适的飞机而言,降噪是其设计环节的重中之重,今天小编就带你了解一下,如何控制飞机的噪声。

飞机的噪声主要由是涡扇发动机、起落架、增升装置、发动机与机翼组合结构产生的。发动机作为飞机的动力装置,是最主要的噪声来源。大涵道比涡扇发动机的主要噪声源有4个:风扇/压气机噪声、燃烧噪声、涡轮噪声和喷流噪声。

通常,喷流噪声和风扇噪声是涡扇发动机最主要的噪声源。

喷流噪声与喷流速度的8次方成正比,因此喷流速度越高,喷流噪声就越强烈。早期的涡扇发动机最强烈的噪声源就是喷流噪声。近现代以来,发动机喷流噪声的降低就是通过不断的提高发动机的直径,来不断实现喷流速度的降低。控制发动机喷流噪声的另一种方法是使用波纹喷口。波纹喷口通过增大喷气气流与大气的接触面积增强了气流的混合,从而降低喷流噪声。然而波纹喷口不可避免的带来了若干发动机性能方面的损失,目前仅有数种发动机采用了波纹喷口降低喷流噪声。

罗罗遄达800发动机的波纹喷口

降低风扇噪声的最主要方法则是消声短舱声衬。图3显示了近50年间飞机有效感觉噪声级的下降与消声短舱的作用。

近50年间飞机有效感觉噪声级的下降与消声短舱的作用

目前民用涡扇飞机在该位置普遍安装有声衬。近50年发动机技术的快速发展一直均伴随着短舱声衬技术的发展与进步。尤其是自1970年以来大涵道比发动机的发展,以及80年代后一代接一代消声短舱的问世,大幅降低了飞机噪声的辐射。可以说,短舱声衬技术是降低发动机噪声性价比最高、改变发动机工作条件最小的一项技术。国内外均投入了大量的研究力量持续进行改进。

目前,几乎全部民用涡扇发动机都装配有消声短舱和专门设计的声衬。虽然结构形式不尽相同,但随着设计制造年代的推进大体呈现出“消声频带越来越宽、结构重量越来越轻、同时加工维护成本越来越低”的规律。

消声短舱作为控制发动机噪声的最主要部件,其降噪性能是发动机乃至飞机的关键性能指标。强度所以消声短舱为研究对象,与飞机/发动机设计方一起,在短舱声衬的设计、制造与试验技术方面开展了大量的研究工作,使中国的航空发动机更加安静。

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