細長桿降低超聲速客機氣動噪聲的數值分析

沈 沉，周 華

（同濟大學 航空航天與力學學院，上海200092）

0 引 言

超聲速客機在飛行速度方面的優勢使其自誕生之日起就受到世界的矚目，但是由于經濟性較差、飛行噪聲過大，使這種飛機的發展一波三折，唯一實現航線飛行的是由英法聯合研制的“協和”式飛機。“協和”式飛機靠英法政府補貼彌補其經濟性較差的缺點，同時為了避免噪聲帶來的環境問題，“協和”式飛機的航線被設計到大西洋上空。2003年，在一次機毀人亡的嚴重事故后，“協和”式飛機正式退出運營。但是超聲速客機的研究一直沒有停止，美國和歐洲都有相關的研究計劃，甚至還包括研制高超聲速客機的設想。為了解決超聲速客機帶來的噪聲問題，歐美都有相關的研究項目，希望克服經濟性和飛行噪聲問題。這兩個問題的解決無疑將掃清超聲速客機進入商業運營道路上的技術障礙。

超聲速客機的飛行噪聲主要來源于超聲速飛行時產生的“音爆”現象。超聲速空氣動力學告訴我們，飛機以超聲速飛行時，它在遠場對空氣的擾動與細長旋成體等價，其流動特征由頭部激波、膨脹波和尾部激波決定，其壓強分布形成典型的字母N的形狀，因而常被稱為“N波”。“N波”掃過地面時，地面上的居民可以聽到類似雷聲滾過的轟鳴，這就是所謂“音爆”現象。為了減弱“音爆”帶來的噪聲問題，各國研究人員提出各種技術手段用于降低氣動噪聲，包括使用航跡優化和改變氣動外形兩大類方法。航跡優化包括將航線設計到無人區上空并增加起飛著陸時的飛行角度以減小受影響的區域。……