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如何检测飞机外表面噪声

嘉峪检测网        2018-11-16 10:09

噪声是大型商用飞机研制阶段必须重视的空气动力学问题之一

 

严重的噪声可能使乘客与飞行员产生疲劳、心跳加快、血压升高等不舒适,也会使飞机内部的设备仪器,因舱内噪声与振动产生失稳和灵敏度减弱等现象。随着商用飞机舒适性的不断提高,噪声也越来越受到业界重视,这其中,了解噪声来源、收集噪声数据是飞机降噪研究的基础。

 

为了让人们搭乘的飞机更加安静舒适,中国商飞的工程师团队前段时间进行了试飞,收集飞机外表面噪声数据。想知道他们为了这次试飞,对飞机进行了什么样的测试与改装吗?

 

什么是飞机外表面噪声?

 

噪声是一个大家都很熟悉的名词,但要搞清楚噪声是什么却是一件困难的事情。要知道,噪声在不同的领域有着完全不同的解释。物理课本上说,噪声是发声体做无规则振动发出的声音;从生理学上来看,凡是妨碍人们正常休息、学习和工作的声音都是噪声;在通信领域,干扰信号传输的能量场称为噪声。看来对于噪声是什么这个问题,只能具体情况具体分析了。

 

现在,如果把研究对象设定到飞机在气流中做高速运动,飞机表面会出现湍流边界层,湍流边界层内部会产生高频的压力脉动,进而形成了辐射场噪声,也就是所谓的飞机外表面噪声。

 

为什么要测试飞机外表面噪声?

 

外表面噪声测试并不是一个新鲜的话题。对于军用飞机,飞行包线更大,特别是在高速飞行时,产生巨大的气动噪声,长时间运行会导致机体结构声疲劳,破坏飞机结构。对于商用飞机,声疲劳可能并不是一个突出的问题,研究重点在于通过测量飞机外表面噪声,为舱内噪声评估模型提供数据和输入,为结构减振降噪设计提供依据,提高旅客乘坐的舒适性。

 

如何测量外表面噪声呢?

 

为了测量机体外表面真实工况下的噪声数据,工程师们需要定制一款具有如下特性的噪声传感器。

♦ 首先,传声器体积要足够小,厚度要尽可能薄,尽量减小因传声器对原机体表面气流分布的影响,进而测得真实工况下机体表面的脉动声压。

♦ 其次,传声器需要有良好的频响特性和足够大的动态范围。随着商用飞机的巡航速度不断增大,脉动声压随速度迅速增大,脉动声压既包含了机体振动低频信号,也包含了气动压力的高频脉动压力噪声,因此传感器要有足够宽的频响范围。

♦ 最后,传感器能够适应各种极端气象条件。飞行过程中可能会遇到雨水或者结冰气象,高空和地面温度相差较大,要保证在这些条件下传感器能够稳定正常工作。

 

如何在外表面安装噪声传感器?

 

外表面噪声传感器的安装方式要满足两个要求。

♦ 第一是安装方式不会对飞机气动特性造成影响,确保噪声数据的有效性。

♦ 第二是传感器在飞行过程中不会脱落,这里要特别注意对于尾吊式发动机的飞机,传感器脱落后吸入发动机的风险较大,因此对安装方式可靠性提出更高要求。

要满足这些要求并不是一件容易的事情,在经过反复尝试摸索和创新之后,测试团队形成了一套行之有效的传感器安装方法,不仅对飞机气动特性没有影响,也是非常安全可靠的。

 

如何在外表面敷设线缆?

 

虽然传感器完成了安装,但外表面噪声测试并没有大功告成,因为还有大量的线缆敷设。ARJ21-700飞机外表面噪声测试在机身外表面敷设的线缆长度将近100米,线缆敷设的工作量和难度丝毫不亚于传感器。

♦ 首先,传感器测试线缆是非常纤细脆弱的,敷设时需要小心翼翼,避免无意间扯断或者磨线缆。

♦ 其次,线缆路径规划要合理,需要根据传感器布局确定线缆汇合点位置和走线路径,毕竟是在飞机外表面敷设,走线路径的美观也是一个重要考虑的因素。

♦ 最后,线缆在外表面需要用胶带进行保护和固定,防止出现翘起和脱粘,为此测试工程师还制定了外表面测试线缆敷设标准和规范。

 

如何处理噪声试飞数据?

 

试飞测试改装的目的是为了获取精准的试飞数据。在测量方法、安装工艺等环节做到精益求精,获取精准的试飞数据自然是水到渠成。但是对于噪声测试而言,数据处理的工作也是异常繁重。针对不同的数据用途和分析手段,噪声数据处理方式也是种类繁多,可以开发数据处理软件,得到声压级、功率谱,分析不同工况下声压分布情况,还可以将噪声数据导入CFD软件进行计算。

 

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来源:AnyTesting