為了讓人們搭乘的飛機(jī)更加安靜舒適，工程師們不斷收集飛機(jī)外表面噪聲數(shù)據(jù)，對(duì)飛機(jī)進(jìn)行了測(cè)試與改裝。

嚴(yán)重的噪聲可能使乘客與飛行員產(chǎn)生疲勞、心跳加快、血壓升高等不舒適，也會(huì)使飛機(jī)內(nèi)部的設(shè)備儀器，因艙內(nèi)噪聲與振動(dòng)產(chǎn)生失穩(wěn)和靈敏度減弱等現(xiàn)象。隨著商用飛機(jī)舒適性的不斷提高，噪聲也越來越受到業(yè)界重視，這其中，了解噪聲來源、收集噪聲數(shù)據(jù)是飛機(jī)降噪研究的基礎(chǔ)。

什么是飛機(jī)外表面噪聲？

噪聲是一個(gè)大家都很熟悉的名詞，但要搞清楚噪聲是什么卻是一件困難的事情。要知道，噪聲在不同的領(lǐng)域有著完全不同的解釋。物理課本上說，噪聲是發(fā)聲體做無規(guī)則振動(dòng)發(fā)出的聲音；從生理學(xué)上來看，凡是妨礙人們正常休息、學(xué)習(xí)和工作的聲音都是噪聲；在通信領(lǐng)域，干擾信號(hào)傳輸?shù)哪芰繄?chǎng)稱為噪聲?？磥韺?duì)于噪聲是什么這個(gè)問題，只能具體情況具體分析了。

現(xiàn)在，如果把研究對(duì)象設(shè)定到飛機(jī)在氣流中做高速運(yùn)動(dòng)，飛機(jī)表面會(huì)出現(xiàn)湍流邊界層，湍流邊界層內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生高頻的壓力脈動(dòng)，進(jìn)而形成了輻射場(chǎng)噪聲，也就是所謂的飛機(jī)外表面噪聲。

為什么要測(cè)試飛機(jī)外表面噪聲？

外表面噪聲測(cè)試并不是一個(gè)新鮮的話題。對(duì)于軍用飛機(jī)，飛行包線更大，特別是在高速飛行時(shí)，產(chǎn)生巨大的氣動(dòng)噪聲，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致機(jī)體結(jié)構(gòu)聲疲勞，破壞飛機(jī)結(jié)構(gòu)。對(duì)于商用飛機(jī)，聲疲勞可能并不是一個(gè)突出的問題，研究重點(diǎn)在于通過測(cè)量飛機(jī)外表面噪聲，為艙內(nèi)噪聲評(píng)估模型提供數(shù)據(jù)和輸入，為結(jié)構(gòu)減振降噪設(shè)計(jì)提供依據(jù)，提高旅客乘坐的舒適性。

如何測(cè)量外表面噪聲呢？

為了測(cè)量機(jī)體外表面真實(shí)工況下的噪聲數(shù)據(jù)，工程師們需要定制一款具有如下特性的噪聲傳感器。

首先，傳聲器體積要足夠小，厚度要盡可能薄，盡量減小因傳聲器對(duì)原機(jī)體表面氣流分布的影響，進(jìn)而測(cè)得真實(shí)工況下機(jī)體表面的脈動(dòng)聲壓。

其次，傳聲器需要有良好的頻響特性和足夠大的動(dòng)態(tài)范圍。隨著商用飛機(jī)的巡航速度不斷增大，脈動(dòng)聲壓隨速度迅速增大，脈動(dòng)聲壓既包含了機(jī)體振動(dòng)低頻信號(hào)，也包含了氣動(dòng)壓力的高頻脈動(dòng)壓力噪聲，因此傳感器要有足夠?qū)挼念l響范圍。

最后，傳感器能夠適應(yīng)各種極端氣象條件。飛行過程中可能會(huì)遇到雨水或者結(jié)冰氣象，高空和地面溫度相差較大，要保證在這些條件下傳感器能夠穩(wěn)定正常工作。

如何在外表面安裝噪聲傳感器？

外表面噪聲傳感器的安裝方式要滿足兩個(gè)要求：

第一，是安裝方式不會(huì)對(duì)飛機(jī)氣動(dòng)特性造成影響，確保噪聲數(shù)據(jù)的有效性。

第二，是傳感器在飛行過程中不會(huì)脫落，這里要特別注意對(duì)于尾吊式發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī)，傳感器脫落后吸入發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)較大，因此對(duì)安裝方式可靠性提出更高要求。

要滿足這些要求并不是一件容易的事情，在經(jīng)過反復(fù)嘗試摸索和創(chuàng)新之后，測(cè)試團(tuán)隊(duì)形成了一套行之有效的傳感器安裝方法，不僅對(duì)飛機(jī)氣動(dòng)特性沒有影響，也是非常安全可靠的。

如何在外表面敷設(shè)線纜？

雖然傳感器完成了安裝，但外表面噪聲測(cè)試并沒有大功告成，因?yàn)檫€有大量的線纜敷設(shè)。ARJ21-700飛機(jī)外表面噪聲測(cè)試在機(jī)身外表面敷設(shè)的線纜長(zhǎng)度將近100米，線纜敷設(shè)的工作量和難度絲毫不亞于傳感器。

首先，傳感器測(cè)試線纜是非常纖細(xì)脆弱的，敷設(shè)時(shí)需要小心翼翼，避免無意間扯斷或者磨線纜。

其次，線纜路徑規(guī)劃要合理，需要根據(jù)傳感器布局確定線纜匯合點(diǎn)位置和走線路徑，畢竟是在飛機(jī)外表面敷設(shè)，走線路徑的美觀也是一個(gè)重要考慮的因素。

最后，線纜在外表面需要用膠帶進(jìn)行保護(hù)和固定，防止出現(xiàn)翹起和脫粘，為此測(cè)試工程師還制定了外表面測(cè)試線纜敷設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

如何處理噪聲試飛數(shù)據(jù)？

試飛測(cè)試改裝的目的是為了獲取精準(zhǔn)的試飛數(shù)據(jù)。在測(cè)量方法、安裝工藝等環(huán)節(jié)做到精益求精，獲取精準(zhǔn)的試飛數(shù)據(jù)自然是水到渠成。但是對(duì)于噪聲測(cè)試而言，數(shù)據(jù)處理的工作也是異常繁重。針對(duì)不同的數(shù)據(jù)用途和分析手段，噪聲數(shù)據(jù)處理方式也是種類繁多，可以開發(fā)數(shù)據(jù)處理軟件，得到聲壓級(jí)、功率譜，分析不同工況下聲壓分布情況，還可以將噪聲數(shù)據(jù)導(dǎo)入CFD軟件進(jìn)行計(jì)算。


來源：大飛機(jī)、聲振之家
作者：肖瀟