民機(jī)內(nèi)部噪音控制

谷斌

摘 要：民機(jī)內(nèi)部噪聲控制關(guān)系到艙內(nèi)乘員的舒適性，也是商用飛機(jī)參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的重要參數(shù)，如何在考慮成本的情況下，最大限度的降低艙內(nèi)噪聲是飛機(jī)設(shè)計(jì)及制造商們的共同目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：艙內(nèi)噪聲控制 動(dòng)態(tài)吸振器 振動(dòng)隔離器

中圖分類號(hào)：V24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）04（b）-0055-01

內(nèi)部噪聲等級(jí)可以通過控制噪聲源或在傳播過程中使其衰減的方法來控制。原則上，在噪聲源處開始噪聲控制是最可取的辦法，然而除非在飛機(jī)的基本設(shè)計(jì)時(shí)就采用這些相關(guān)的技術(shù)，否則實(shí)現(xiàn)起來可能非常困難或成本高昂。因此，大多數(shù)飛機(jī)需要在噪聲傳播過程中將其衰減。

飛機(jī)的噪聲控制最常用的方法是采用機(jī)艙側(cè)壁內(nèi)填加玻璃纖維毛氈等材料，這種處理技術(shù)既可以降低為飛機(jī)艙內(nèi)隔熱保溫又可以減少結(jié)構(gòu)噪聲，這是最傳統(tǒng)的噪聲控制方法，在這里就不贅述了。

下面將介紹幾種除此之外的噪聲控制方法。

1 結(jié)構(gòu)附件

除了采用側(cè)壁處理技術(shù)外，機(jī)身結(jié)構(gòu)的噪聲傳播與聲輻射特性可以通過附加質(zhì)量、阻尼或剛度的方式改變。在這三種方式中，增加阻尼是目前飛機(jī)產(chǎn)品中最常應(yīng)用的方法。改變質(zhì)量和剛度的方法還處于試驗(yàn)探索研究階段。

如果該噪聲的傳播或者輻射是在現(xiàn)有阻尼不高的情況下通過結(jié)構(gòu)共振響應(yīng)來控制，那么在蒙皮上附加阻尼材料可以顯著的降低機(jī)艙內(nèi)噪聲水平。在裝飾板基頻之下單獨(dú)板響應(yīng)是剛度控制的，因此增加裝飾板的阻尼對(duì)噪聲傳播的影響是可以忽略的。同樣，除了接近臨界頻率外，阻尼對(duì)于質(zhì)量作用定律傳播不是非常有效，而臨界頻率通常高于研究者所關(guān)心的飛機(jī)內(nèi)部噪聲頻率范圍。

阻尼材料已被用在渦輪噴氣飛機(jī)與渦輪螺旋槳飛機(jī)產(chǎn)品中，而且已經(jīng)在多種類型的飛機(jī)與直升飛機(jī)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用。許多實(shí)驗(yàn)采用鋁箔膠帶作為阻尼材料，鋁箔作為約束層，通過具有一定粘性的粘彈性材料的剪應(yīng)變產(chǎn)生阻尼。在一些實(shí)驗(yàn)中膠帶在粘彈性材料與鋁箔之間含有一個(gè)薄的泡沫層。該泡沫材料取代金屬箔隔離粘彈性材料，并由此增強(qiáng)其約束行為。

阻尼材料的使用不僅限于使用在機(jī)身蒙皮和加強(qiáng)筋上，如果聲音主要是通過結(jié)構(gòu)的共振響應(yīng)傳播或輻射，阻尼材料還可以應(yīng)用在其他結(jié)構(gòu)中。例如阻尼材料已經(jīng)應(yīng)用在近期組裝的側(cè)壁裝飾板與機(jī)身蒙皮上。此外，研究證明附加阻尼可以有效的降低直升飛機(jī)齒輪箱的聲波輻射。

增加機(jī)身機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)剛度也許是降低低頻聲波傳播的理想方法。然而，有幾個(gè)因素必須予以考慮。首先，需要知道機(jī)身機(jī)構(gòu)的全部低頻響應(yīng)，才能確定與剛度響應(yīng)相關(guān)聯(lián)的頻率范圍。其次，如果機(jī)身在飛行中受壓，結(jié)構(gòu)的有效剛度要遠(yuǎn)高于沒有受壓的機(jī)身。第三，在忽略質(zhì)量增加的條件下增加剛度會(huì)降低臨界頻率。因此，降低的傳播損耗恰好在較低的頻率發(fā)生。

2 動(dòng)態(tài)吸振器

動(dòng)態(tài)吸振器可以改變系統(tǒng)的振動(dòng)特性，特別是在吸振器共振頻率附近的頻率。然而這種設(shè)備僅當(dāng)控制的振動(dòng)為單一恒定頻率時(shí)才會(huì)起到作用。吸收器通過調(diào)節(jié)吸收體的質(zhì)量和剛度達(dá)到指定的頻率，直到吸收體的共振頻率等于預(yù)計(jì)的衰減頻率。因?yàn)槲掌魈峁┝艘粋€(gè)對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)抵制的力，所以在吸收體的連接點(diǎn)位置系統(tǒng)的振動(dòng)會(huì)明顯降低。

在發(fā)動(dòng)機(jī)以恒定的速度飛行過程中動(dòng)態(tài)吸振器用于降低結(jié)構(gòu)噪聲與空氣傳播噪聲。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)后置的噴氣飛機(jī)，動(dòng)態(tài)吸振器安裝在靠近渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)支架的機(jī)身構(gòu)架上以降低結(jié)構(gòu)噪聲傳播。兩組吸振器分別被調(diào)到低壓與高壓壓縮機(jī)的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)頻率，分別為120和180 Hz。在飛行測(cè)試中噪聲降低了5至10 dB。

螺旋槳飛機(jī)通過在機(jī)身環(huán)形框架上與客艙裝飾板上安裝動(dòng)態(tài)吸振器，來控制螺旋槳噪聲。吸振器被調(diào)到螺旋槳葉片通道頻率的基頻、一次諧波，或二次諧波。對(duì)于雙引擎飛機(jī)，連接到環(huán)形框架的吸振器調(diào)到葉片通道頻率的88 HZ可以降低噪聲10 dB，然而飛機(jī)的重量會(huì)有30 kg的增加。此外三套吸振器分別調(diào)到88，176，與264 Hz，并且附加在內(nèi)部裝飾板上，可以降低A級(jí)權(quán)聲級(jí)2 dB，但重量會(huì)增加25 kg。

3 振動(dòng)隔離器

振動(dòng)隔離器被廣泛應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)固定系統(tǒng)，來衰減與發(fā)動(dòng)機(jī)的不平衡力相關(guān)的結(jié)構(gòu)噪聲?；钊桨l(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)程度可以傳輸?shù)綑C(jī)身結(jié)構(gòu)是無疑的，那么對(duì)于渦輪螺旋槳和渦輪風(fēng)扇上發(fā)動(dòng)機(jī)也是同樣的道理。振動(dòng)隔離器采用彈性材料或金屬材料制成，其材料的選擇在一定程度上受到安裝所處的熱環(huán)境所影響。隔離器通常有非線性特性，需要選擇系統(tǒng)的剛度使其在法向靜態(tài)載荷的作用下使振動(dòng)降低到所要求的程度。靜態(tài)載荷通過發(fā)動(dòng)機(jī)的推力與重力及飛機(jī)飛行施加，緩沖器是為極端載荷條件作用所提供。需要選擇運(yùn)行的剛度范圍以便在所關(guān)注的頻率中有足夠的衰減。

除了振動(dòng)與聲傳輸特性外，隔振器的設(shè)計(jì)還涉及到大量的因素。一種發(fā)動(dòng)機(jī)有許多固定點(diǎn)，每個(gè)需要在不止一個(gè)方向提供振動(dòng)隔離器。此外，固定系統(tǒng)的全部隔離性能幾乎與效果最差的隔振器性能相同。通過研究單引擎活塞發(fā)動(dòng)機(jī)螺旋槳驅(qū)動(dòng)飛機(jī)的引擎固定點(diǎn)振動(dòng)隔離器發(fā)現(xiàn)，當(dāng)隔振器的阻尼是影響較小的參數(shù)時(shí)，隔振器剛度是影響控制噪聲傳播的重要參數(shù)。在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試采用實(shí)驗(yàn)的隔振器內(nèi)部噪聲等級(jí)可以降低至10 dB。

4 結(jié)語

許多學(xué)者對(duì)內(nèi)部噪聲控制的多種方法與設(shè)計(jì)進(jìn)行了基于理論的探索性研究，目前還沒有應(yīng)用在飛機(jī)產(chǎn)品中。這些研究的主要目標(biāo)是不增加額外的重量前提下進(jìn)一步降低穿過側(cè)壁的噪聲，尤其是與螺旋槳噪聲相關(guān)的低頻區(qū)域。在一般情況下，所提出的方法僅限于實(shí)驗(yàn)室測(cè)量或分析研究，但也有一些用于飛行試驗(yàn)。這些方法包括機(jī)身結(jié)構(gòu)的基本設(shè)計(jì)，機(jī)身蒙皮板的非結(jié)構(gòu)性附件，側(cè)壁處理的新方法。

參考文獻(xiàn)

[1] 姚起杭.飛機(jī)噪聲工程[M].西北工業(yè)大學(xué)出社，1998.

[2] Metzger Frederick B. Strategies for Aircraft Interior Noise Reduction in Existing and Future Propeller Aircraft. SAE Paper 810560， Apr. 1981.

[3] Van Dyke J D， Jr， Schendel J W， et al. Cabin noise Reduction in the DC-9. AIAA Paper No. 67-401 ， June 1967.endprint