為了讓人們搭乘的飛機更加安靜舒適，工程師們不斷收集飛機外表面噪聲數(shù)據(jù)，對飛機進行了測試與改裝。

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，也會使飛機內(nèi)部的設(shè)備儀器，因艙內(nèi)噪聲與振動產(chǎn)生失穩(wěn)和靈敏度減弱等現(xiàn)象。隨著商用飛機舒適性的不斷提高，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)是飛機降噪研究的基礎(chǔ)。

什么是飛機外表面噪聲？

噪聲是一個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，干擾信號傳輸?shù)哪芰繄龇Q為噪聲。看來對于噪聲是什么這個問題，只能具體情況具體分析了。

現(xiàn)在，如果把研究對象設(shè)定到飛機在氣流中做高速運動，飛機表面會出現(xiàn)湍流邊界層，湍流邊界層內(nèi)部會產(chǎn)生高頻的壓力脈動，進而形成了輻射場噪聲，也就是所謂的飛機外表面噪聲。

為什么要測試飛機外表面噪聲？

外表面噪聲測試并不是一個新鮮的話題。對于軍用飛機，飛行包線更大，特別是在高速飛行時，產(chǎn)生巨大的氣動噪聲，長時間運行會導(dǎo)致機體結(jié)構(gòu)聲疲勞，破壞飛機結(jié)構(gòu)。對于商用飛機，聲疲勞可能并不是一個突出的問題，研究重點在于通過測量飛機外表面噪聲，為艙內(nèi)噪聲評估模型提供數(shù)據(jù)和輸入，為結(jié)構(gòu)減振降噪設(shè)計提供依據(jù)，提高旅客乘坐的舒適性。

如何測量外表面噪聲呢？

為了測量機體外表面真實工況下的噪聲數(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原機體表面氣流分布的影響，進而測得真實工況下機體表面的脈動聲壓。

其次，傳聲器需要有良好的頻響特性和足夠大的動態(tài)范圍。隨著商用飛機的巡航速度不斷增大，脈動聲壓隨速度迅速增大，脈動聲壓既包含了機體振動低頻信號，也包含了氣動壓力的高頻脈動壓力噪聲，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要求：

第一，是安裝方式不會對飛機氣動特性造成影響，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脫落，這里要特別注意對于尾吊式發(fā)動機的飛機，傳感器脫落后吸入發(fā)動機的風(fēng)險較大，因此對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，測試團隊形成了一套行之有效的傳感器安裝方法，不僅對飛機氣動特性沒有影響，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，但外表面噪聲測試并沒有大功告成，因為還有大量的線纜敷設(shè)。ARJ21-700飛機外表面噪聲測試在機身外表面敷設(shè)的線纜長度將近100米，線纜敷設(shè)的工作量和難度絲毫不亞于傳感器。

首先，傳感器測試線纜是非常纖細(xì)脆弱的，敷設(shè)時需要小心翼翼，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位置和走線路徑，畢竟是在飛機外表面敷設(shè)，走線路徑的美觀也是一個重要考慮的因素。

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

如何處理噪聲試飛數(shù)據(jù)？

試飛測試改裝的目的是為了獲取精準(zhǔn)的試飛數(shù)據(jù)。在測量方法、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。但是對于噪聲測試而言，數(shù)據(jù)處理的工作也是異常繁重。針對不同的數(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、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軟件進行計算。


來源：大飛機、聲振之家
作者：肖瀟