某型机座舱降噪技术研究

某型机座舱降噪技术研究

【摘要】飞机噪声问题受到人们重视以来，螺旋桨飞机座舱降噪问题一直是世界航空界在不断探索的一个课题，本文通过探索螺旋桨飞机座舱降噪的途径去寻找理想的螺旋桨飞机座舱降噪方法，摸清螺旋桨飞机降噪设计中的关键因素，做了一定的研究。

【关键词】飞机噪声；座舱降噪；螺旋桨飞机

1 研究内容和达到的目的

1.1 研究内容

自从飞机噪声问题受到人们重视以来，螺旋桨飞机座舱降噪问题一直是世界航空界在不断探索的一个课题，原因是螺旋桨飞机的噪声频率低，与飞机壁板固有频率容易吻合，具有较强的穿透性，不宜隔离。目前世界主要干线飞机都采用涡轮风扇发动机，虽然发动机本身噪声水平更高，但因其频率高，较易隔离，因此飞机舱内噪声水平都很低，表1是世界主要涡扇发动机飞机座舱噪声水平，表2是国内一些螺旋桨飞机座舱噪声水平。

表1 世界主要涡扇发动机飞机座舱噪声水平（a声级）

表2 几种螺旋桨飞机座舱噪声水平（a声级）

某型机具有螺旋桨飞机的共同缺点：舱内噪声水平较高。舱内最高噪声水平达到108dba。噪声过高已成为某型机的遗留问题。

随着改型的不断增多，用户要求的不断提高，想要扩大市场，获得进一步发展，噪声问题可能成为一个制约因素（军用、民用飞机座舱噪声限制标准分别见表3、表4）。噪声问题的解决，不仅对提

高国防自主创新能力有重大影响，而且可拓展民用航空市场，形成产业化发展，为国家获得很大的经济效益。

1.2 达到目的

探索螺旋桨飞机座舱降噪的途径；寻找理想的螺旋桨飞机座舱降噪方法；摸清螺旋桨飞机降噪设计中的关键因素。为其他国产螺旋桨飞机座舱进一步降噪提供技术储备和参考。

2 该领域国内外发展情况

2.1 概述

在航空工业发展初期，飞机飞行性能是飞机设计中追求的主要目标。随着世界航空工业的发展和竞争的日益加剧，经济性、舒适性被提到越来越重要的位置，往往成为航空公司选择购买飞机的主要技术指标。座舱噪声是影响飞机舒适性的第二重要因素，因而，世界航空发达国家对噪声问题都非常重视，制定了严格的座舱噪声标准。国外当代大中型运输机，由于采用涡轮风扇发动机以及采用了隔声性能好的舱壁隔音结构，舱内噪声水平都非常低。

涡轮螺旋桨飞机的噪声频率低，与飞机壁板固有频率容易吻合，具有较强的穿透性，不宜隔离。其舱内降噪问题一直是一个世界性难题。但由于其在低速时的使用经济性，现在以至将来都不会被涡扇飞机所代替。

2.2 降噪技术

降噪的基本方法不外乎两大类：一是控制声源；二是从传播途径上控制噪声。下面对国内外已经采用或正在研究的各种降噪措施作

一简要介绍。

2.2.1 主动降噪技术

1）降低声源噪声

①换装性能优越的发动机（声源强度较弱的发动机）。

②改进螺旋桨—降低浆尖相对马赫数、增加桨叶数目、改进沿展向桨叶形状。

2）利用声波干涉降噪

①同步定相：对多发飞机，使用一套转速控制系统，使同一架飞机上的各台发动机螺旋桨转相位差保持恒定，以消除空间噪声脉动。

②反向旋转：对多发飞机，使飞机机身两侧对称的发动机螺旋桨旋转方向相反，造成舱内声波干涉，降低噪声。

2.2.2 被动降噪技术

采用隔声、吸声、阻尼、动力吸振器等措施降噪。

1）隔声

①单层板

声波穿过单层板必须通过两个界面，一是从空气到固体的界面，另一个是从固体到空气的界面，由于界面上特性阻抗的骤然变化，声波将产生两次反射，所以透过单层板的声波被大大减弱。

单层板隔声量计算公式为：

上式说明，单层板面密度加倍，隔声量提高6db；频率提高一倍，隔声量也增加6db，这就是著名的隔声质量定律。

在上式的推导过程中忽略了板自身的弹性和阻尼作用，实际上单层板的隔声性能主要由它的面密度、刚度和阻尼所决定，在单层板隔声结构中，除了采用增大板的面密度的方法提高隔声量外，还可在板面粘贴蜂窝夹层以增大板的刚度及粘贴阻尼层增大结构阻尼来降噪。

②双层板或多层板

双层板中间夹有一定的空气层，其隔声量比单层板提高许多，这是由于声波多次反射而使声强逐级衰减的缘故。

双层板隔声量近似计算公式为：

资料表明，若在双层壁隔声结构中填充柔软多孔的吸声材料，则吸声材料一方面可吸声，另一方面对板的振动起阻碍作用，从而进一步提高隔声性能。

2）吸声技术

在飞机机舱内壁上布置吸声材料，防止声音从壁面上反射，从而吸掉混响声。比较适用于飞机上的吸声材料为超细玻璃棉，超细玻璃棉具有不燃、容重小、防蛀、耐蚀、耐热、抗冻、隔热等特点。3）阻尼减振降噪技术

如前所述，噪声主要通过两种途径传播至机身舱内，一是引起机身舱壁结构振动发声，二是通过空气传播至舱壁后透射入舱内。声波对舱壁的透射实际上也是通过舱壁的振动而产生的，如果舱壁无限刚度或舱壁质量很大，则声波无法透过舱壁。而如果舱壁的固有频率和声波的频率接近，则会引起共振，从而导致透射增强。

飞机噪声一般属宽带随机振动，而飞机结构又有从低到高的各阶固有频率，因此采用改变刚度或质量的方法不可能使结构的固有频率避开宽带激振频率，所以必然会产生共振。阻尼减振降噪技术使用粘弹性阻尼材料涂于舱壁内表面，从而抑制各共振峰。这种减振方法的最大优点是可以在较宽的频率范围内进行抑制，特别适用于随机和宽带振动环境。

4）动力吸振器

在机身壁板框缘和长桁上安装动力吸振器，可减低机身壁板振动，从而降低因壁板振动而产生的结构噪声。

2.3 国内外现状

目前，国内外采取的主动降噪技术主要是增加螺旋桨桨叶数目以及换发，声波干涉技术还未实用到飞机上。被动降噪技术应用较多，改变壁板刚度、粘贴阻尼层、使用多层板隔声结构、使用动力吸振器等是一些相当实用的措施，一些飞机的噪声水平已降到较低的水平。国内一些飞机为满足用户要求，在飞机降噪上也采取了措施，如换装进口发动机和螺旋桨、舱壁上黏贴阻尼层、使用动力吸振器等，这些措施收到了一定的效果，噪声水平有所下降，但较国外飞机还有差距。

3 改进后的效益分析

某型机改型后，大大拓展了飞机的用途，无论在军用和民用上都获得了很大的发展。但随着用户的增多，对飞机舱内降噪的要求日益强烈。因为专业飞机一般留空时间较长，需要为机上工作人员提