民機內部噪音控制

谷斌

摘 要：民機內部噪聲控制關系到艙內乘員的舒適性，也是商用飛機參與市場競爭的重要參數，如何在考慮成本的情況下，最大限度的降低艙內噪聲是飛機設計及制造商們的共同目標。

關鍵詞：艙內噪聲控制 動態吸振器 振動隔離器

中圖分類號：V24 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（b）-0055-01

內部噪聲等級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，然而除非在飛機的基本設計時就采用這些相關的技術，否則實現起來可能非常困難或成本高昂。因此，大多數飛機需要在噪聲傳播過程中將其衰減。

飛機的噪聲控制最常用的方法是采用機艙側壁內填加玻璃纖維毛氈等材料，這種處理技術既可以降低為飛機艙內隔熱保溫又可以減少結構噪聲，這是最傳統的噪聲控制方法，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 結構附件

除了采用側壁處理技術外，機身結構的噪聲傳播與聲輻射特性可以通過附加質量、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產品中最常應用的方法。改變質量和剛度的方法還處于試驗探索研究階段。

如果該噪聲的傳播或者輻射是在現有阻尼不高的情況下通過結構共振響應來控制，那么在蒙皮上附加阻尼材料可以顯著的降低機艙內噪聲水平。在裝飾板基頻之下單獨板響應是剛度控制的，因此增加裝飾板的阻尼對噪聲傳播的影響是可以忽略的。同樣，除了接近臨界頻率外，阻尼對于質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心的飛機內部噪聲頻率范圍。

阻尼材料已被用在渦輪噴氣飛機與渦輪螺旋槳飛機產品中，而且已經在多種類型的飛機與直升飛機實驗中應用。許多實驗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變產生阻尼。在一些實驗中膠帶在粘彈性材料與鋁箔之間含有一個薄的泡沫層。該泡沫材料取代金屬箔隔離粘彈性材料，并由此增強其約束行為。

阻尼材料的使用不僅限于使用在機身蒙皮和加強筋上，如果聲音主要是通過結構的共振響應傳播或輻射，阻尼材料還可以應用在其他結構中。例如阻尼材料已經應用在近期組裝的側壁裝飾板與機身蒙皮上。此外，研究證明附加阻尼可以有效的降低直升飛機齒輪箱的聲波輻射。

增加機身機構的基礎剛度也許是降低低頻聲波傳播的理想方法。然而，有幾個因素必須予以考慮。首先，需要知道機身機構的全部低頻響應，才能確定與剛度響應相關聯的頻率范圍。其次，如果機身在飛行中受壓，結構的有效剛度要遠高于沒有受壓的機身。第三，在忽略質量增加的條件下增加剛度會降低臨界頻率。因此，降低的傳播損耗恰好在較低的頻率發生。

2 動態吸振器

動態吸振器可以改變系統的振動特性，特別是在吸振器共振頻率附近的頻率。然而這種設備僅當控制的振動為單一恒定頻率時才會起到作用。吸收器通過調節吸收體的質量和剛度達到指定的頻率，直到吸收體的共振頻率等于預計的衰減頻率。因為吸收器提供了一個對系統振動抵制的力，所以在吸收體的連接點位置系統的振動會明顯降低。

在發動機以恒定的速度飛行過程中動態吸振器用于降低結構噪聲與空氣傳播噪聲。對于發動機后置的噴氣飛機，動態吸振器安裝在靠近渦扇發動機支架的機身構架上以降低結構噪聲傳播。兩組吸振器分別被調到低壓與高壓壓縮機的渦輪風扇發動機的旋轉頻率，分別為120和180 Hz。在飛行測試中噪聲降低了5至10 dB。

螺旋槳飛機通過在機身環形框架上與客艙裝飾板上安裝動態吸振器，來控制螺旋槳噪聲。吸振器被調到螺旋槳葉片通道頻率的基頻、一次諧波，或二次諧波。對于雙引擎飛機，連接到環形框架的吸振器調到葉片通道頻率的88 HZ可以降低噪聲10 dB，然而飛機的重量會有30 kg的增加。此外三套吸振器分別調到88，176，與264 Hz，并且附加在內部裝飾板上，可以降低A級權聲級2 dB，但重量會增加25 kg。

3 振動隔離器

振動隔離器被廣泛應用于發動機固定系統，來衰減與發動機的不平衡力相關的結構噪聲。活塞式發動機的振動程度可以傳輸到機身結構是無疑的，那么對于渦輪螺旋槳和渦輪風扇上發動機也是同樣的道理。振動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境所影響。隔離器通常有非線性特性，需要選擇系統的剛度使其在法向靜態載荷的作用下使振動降低到所要求的程度。靜態載荷通過發動機的推力與重力及飛機飛行施加，緩沖器是為極端載荷條件作用所提供。需要選擇運行的剛度范圍以便在所關注的頻率中有足夠的衰減。

除了振動與聲傳輸特性外，隔振器的設計還涉及到大量的因素。一種發動機有許多固定點，每個需要在不止一個方向提供振動隔離器。此外，固定系統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動機螺旋槳驅動飛機的引擎固定點振動隔離器發現，當隔振器的阻尼是影響較小的參數時，隔振器剛度是影響控制噪聲傳播的重要參數。在實驗室測試采用實驗的隔振器內部噪聲等級可以降低至10 dB。

4 結語

許多學者對內部噪聲控制的多種方法與設計進行了基于理論的探索性研究，目前還沒有應用在飛機產品中。這些研究的主要目標是不增加額外的重量前提下進一步降低穿過側壁的噪聲，尤其是與螺旋槳噪聲相關的低頻區域。在一般情況下，所提出的方法僅限于實驗室測量或分析研究，但也有一些用于飛行試驗。這些方法包括機身結構的基本設計，機身蒙皮板的非結構性附件，側壁處理的新方法。

參考文獻

[1] 姚起杭.飛機噪聲工程[M].西北工業大學出社，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