大飞机噪声问题探讨剖析.pdf

中国航空学会2007年学术年会 气动专题 20 大飞机噪声问题探讨 赵 磊 中国航天空气动力技术研究院第一研究部，北京100074 摘要 民用大型飞机降落时襟翼、副翼和起落架展开，为高升力、高阻力结构，发动机喷口湍流流入大气，湍流边界 层和空腔振荡产生很强的噪声。飞机低空飞行很长距离，潜在地使大片区域暴露在飞机进场噪声环境中[1]。飞机外 部噪声通过侧壁和结构传播进入机舱，形成内部噪声[2]。民用飞机必须具备舒适的乘坐环境，对内部噪声有严格的 要求。进场噪声和内部噪声是民用大型飞机主要的噪声问题。本文从大飞机噪声源分析入手，探讨大飞机的进场噪 声和内部噪声问题。 民用大型飞机主要噪声源是动力系统噪声和无动力（机身）噪声[3]。动力系统噪声是发动机部件（风扇、压气机、 涡轮、燃烧室和喷管等）产生的噪声；无动力（机身）噪声是湍流边界层、展开的起落架、起落架舱门和盖板绕流、 展开的副翼和活动辅助翼绕流、展开的阻力板绕流、机翼和机身绕流、发动机安装与机身相互干扰[4]等产生的噪声。 进场噪声和内部噪声分别来自不同的噪声源。 现代民用大型飞机高性能、节省燃料要求使得噪声控制具有很大挑战性。噪声控制系统不仅要求尽可能小的结构质 量、空间需求，而且要求最小化对飞机性能的负面影响。深入了解民用大型飞机噪声特性有利于建立有效的噪声控 制策略，满足国际民用大型飞机噪声标准。 关键词 大飞机 进场噪声 内部噪声 动力系统噪声 无动力（机身）噪声 1.引言 全球化日益深入的今天，大型民机在国际经贸往来中起着重要的作用。目前，波音和空中客车 公司在国际民用航空干线上分享大多数市场份额。我国在上世纪七八十年代曾开展过大型飞机研制 工作，由于种种原因研制工作一度搁浅，但也积累了许多研制经验。随着国力的增强和国际交流的 不断深化，大型民用飞机自主研发又提上了日程。大型民机的高经济性和高安全性要求使得许多相 关的空气动力学问题亟待得到解决。噪声是大型民用飞机研制阶段必须重视的空气动力学问题之一。 本文试图探讨大型民机的主要噪声问题及其有效的噪声控制策略。 大型民机降落时襟翼、副翼和起落架展开，飞机为高升力、高阻力结构，发动机喷口湍流流入 大气，湍流边界层和空腔振荡产生很强的噪声。飞机低空飞行很长距离，潜在地使大片区域暴露在 飞机进场噪声环境中。进场噪声在机场附近有居住人群时显得十分重要。飞机外部噪声通过侧壁和 结构传播进入机舱内部，形成内部噪声。内部噪声影响承载人员的舒适乘坐环境，决定了大型民机 型号的国际认可程度。可见，噪声问题是民用大型飞机气动问题中极为重要的研究课题之一。 2.大飞机噪声源 大飞机噪声问题研究首要任务是了解其主要的噪声源。大型民机主要噪声源可分为：(1)动力系 统噪声，即发动机部件（风扇、压气机、涡轮、燃烧室和喷管等）产生的噪声；(2)无动力（机身） 噪声，包括湍流边界层、展开的起落架、起落架舱门和盖板绕流、展开的副翼和活动辅助翼绕流、 展开的阻力板绕流、机翼和机身绕流、发动机安装与机身相互干扰等产生的噪声。 1 中国航空学会2007年学术年会 气动专题 20 2.1风扇噪声 大尺度大气湍流进入发动机入口，不均匀轴向气流进入风扇叶片。叶片旋转时，由于攻角变化， 不均匀流引起叶片上的不稳定载荷。这个风扇转子叶片尾迹撞击下游叶片组产生的非定常压力脉动， 是风扇噪声的主要噪声源。这些不稳定载荷辐射叶片通过频率谐波的偶极噪声。由于叶片载荷幅值 和相位的随机脉动，它也产生宽带噪声。噪声强度与风扇叶梢速度有关。针对风扇噪声的特性，第 二代涡扇发动机如 JT9D 、CF6R 和 B211 在设计中消除了导向叶片，选择转子和定子叶片数目，有 意最小化亚音速转子翼梢的叶片基础通过频率声的幅值，转子和定子叶片间保留较大的空间，使得 风扇噪声能量得到衰减。 2.2 喷流噪声 飞机降落和爬升时喷管出口湍流流入大气，产生喷流噪声。喷流噪声研究起源于二十世纪五十 年代的英国。M.J. Lighthill 发展了声类比理论[5]，