噪聲是大型商用飛機研制階段必須重視的空氣動力學問題之一

嚴重的噪聲可能使乘客與飛行員產生疲勞、心跳加快、血壓升高等不舒適，也會使飛機內部的設備儀器，因艙內噪聲與振動產生失穩和靈敏度減弱等現象。隨著商用飛機舒適性的不斷提高，噪聲也越來越受到業界重視，這其中，了解噪聲來源、收集噪聲數據是飛機降噪研究的基礎。

為了讓人們搭乘的飛機更加安靜舒適，中國商飛的工程師團隊前段時間進行了試飛，收集飛機外表面噪聲數據。想知道他們為了這次試飛，對飛機進行了什么樣的測試與改裝嗎？

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，噪聲在不同的領域有著完全不同的解釋。物理課本上說，噪聲是發聲體做無規則振動發出的聲音；從生理學上來看，凡是妨礙人們正常休息、學習和工作的聲音都是噪聲；在通信領域，干擾信號傳輸的能量場稱為噪聲。看來對于噪聲是什么這個問題，只能具體情況具體分析了。

現在，如果把研究對象設定到飛機在氣流中做高速運動，飛機表面會出現湍流邊界層，湍流邊界層內部會產生高頻的壓力脈動，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，產生巨大的氣動噪聲，長時間運行會導致機體結構聲疲勞，破壞飛機結構。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，為艙內噪聲評估模型提供數據和輸入，為結構減振降噪設計提供依據，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據，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寬的頻響范圍。

♦ 最后，傳感器能夠適應各種極端氣象條件。飛行過程中可能會遇到雨水或者結冰氣象，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，確保噪聲數據的有效性。

♦ 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動機的飛機，傳感器脫落后吸入發動機的風險較大，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，在經過反復嘗試摸索和創新之后，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。ARJ21-700飛機外表面噪聲測試在機身外表面敷設的線纜長度將近100米，線纜敷設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脆弱的，敷設時需要小心翼翼，避免無意間扯斷或者磨線纜。

♦ 其次，線纜路徑規劃要合理，需要根據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，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標準和規范。

如何處理噪聲試飛數據？

試飛測試改裝的目的是為了獲取精準的試飛數據。在測量方法、安裝工藝等環節做到精益求精，獲取精準的試飛數據自然是水到渠成。但是對于噪聲測試而言，數據處理的工作也是異常繁重。針對不同的數據用途和分析手段，噪聲數據處理方式也是種類繁多，可以開發數據處理軟件，得到聲壓級、功率譜，分析不同工況下聲壓分布情況，還可以將噪聲數據導入CFD軟件進行計算。