直升機艙內噪聲及控制技術研究

叢洋 李華 王偉旭

摘 要：直升機是最為典型的軍、民兩用航空飛行器，它的用途非常廣泛，如空中運輸、巡邏、旅游、救護等等。直升機在高空飛行時，由于受到聲源的影響，艙內會產生出噪聲。基于此點，本文從直升機艙內噪聲的主要來源分析入手，論述了直升機艙內噪聲的控制技術。期望通過本文的研究能夠對直升機艙內噪聲的降低有所幫助。

關鍵詞：直升機 艙內噪聲 控制技術

1直升機艙內噪聲的主要來源分析

直升機歸屬于航空飛行器的范疇，其在空中飛行的過程中，艙內會產生出一定的噪聲，主要來源為空氣聲和結構聲。前者具體是指聲源產生的聲音經空氣傳至機艙壁上，引起艙壁振動，從而發出的聲響；后者則是指直升機上的機翼或是其它零部件產生的振動，經結構傳至機艙壁上，引起艙壁振動后，向艙內傳播的聲能。兩種聲源在一定的條件下會出現耦合，由此便會形成艙內噪聲。與外部生源相比，直升機艙內生源的聲壓級較小，正因如此，使得很長一段時期內，在直升機生產制造過程中，未對艙內噪聲的控制予以足夠的重視。現階段，隨著外部生源的逐步降低，使得艙內的噪聲問題得到了關注，各種控制艙內噪聲的技術也隨之出現，在此前提下，直升機艙內噪聲大幅度降低。

2直升機艙內噪聲的控制技術

直升機艙內降噪常用的技術有兩大類，一類是被動控制技術，另一類是主動控制技術，這兩類技術各具優點，均能對艙內噪聲進行有效地控制。

2.1主動控制技術

在直升機艙內噪聲的主動控制中，效果較為顯著的方法是應用有源可控制系統。

2.1.1系統構成。該系統有以下幾個部分組成：控制器、電聲器件等。其中控制器分為模擬電路和數字電路兩種，電聲器件包括傳聲器和次級聲源。在整個系統中，噪聲控制算法是核心部分，可以采用自適應主動控制算法，并根據直升機艙內噪聲的特性，對算法進行改進。

2.1.2系統硬件選擇。可按系統對電聲器件相關指標的要求，對次級聲源與傳聲器進行選擇。傳聲器應當能夠進行多路和長距離測量，并且在低頻段的頻率響應要足夠平整，可滿足系統對誤差信號實時采集的需要。揚聲器可以采用專用型的低音喇叭，尺寸和重量應當符合限制要求，并且在低頻段的失真應當盡可能小，頻響曲線應平整。

2.1.3系統優化配置。在對有源可控制系統進行優化配置時，主要包括以下內容：揚聲器與傳聲器的布置、自適應控制算法的設置等。在具體的配置過程中，應當先完成直升機艙內建模，并利用仿真的方法，計算出平均聲勢能隨頻率變化的情況，按照計算結果，確定揚聲器與傳聲器的最優布設位置。在系統設計中，可以采用固定自適應控制算法，優化設置時，需要對FIR濾波器的長度值進行調節，通過對收斂步長參數值進行調整后，對不同參數值下控制算法的收斂速度進行記錄和比較，以此來掌握控制器在穩態誤差下的變化規律，據此對最優的參數值進行確定，并帶入到控制算法當中。

2.2被動控制技術

2.2.1控制振動輻射。為實現重量最低、效能最高的目標，可選取具有較高損耗因子的阻尼材料貼附于艙壁上。由振動加速度理論及試驗結果可知，通過阻尼材料的應用，能夠使艙內壁板上各個點的振動得到有效控制。在阻尼材料表面鋪設吸音棉，可使降噪效果最大化。

2.2.2吸隔音措施。在對直升機艙內進行吸音和隔音設計時，需要先進行不同狀態下的消聲室部件隔音測量，具體包括以下測試項目：座艙壁板、艙頂裝飾板、艙門等。在艙內裝飾材料的選擇上，可以通過分析不同狀態下的隔音測量曲線，從中選取出隔音效果最優的吸音材料和裝飾板材。

2.3噪聲綜合控制技術

艙內噪聲主動控制技術與被動控制技術各具優點，為使直升機艙內噪聲的控制效果達到最佳，可將這兩種技術聯合到一起使用。下面通過模擬的方法，對噪聲綜合控制技術的效果進行試驗驗證。以某型號直升機作為研究對象，通過對不同飛行狀態下的噪聲及振動信號進行實測，并在半消聲實驗室內，以聲學設備對噪聲進行回放，然后采用主動和被動控制技術對艙內噪聲進行處理，進而驗證其噪聲控制效果。

2.3.1試驗方法。為還原聲場特性，設置在實驗室頂部的揚聲器陣支架高度與旋翼的高度相同，兩側揚聲器與直升機之間的距離設定為1.0m。隨后按照減撐桿安裝的角度及尺寸，對激振平臺進行設計，并以垂直的方式將激振器裝在加工好的平臺上，借此來模擬激勵作用下，結構的輻射噪聲。在對直升機艙內噪聲進行綜合控制的過程中，采用標準巡航狀態，即飛行高度1000m，速度200km/h，通過功率放大器將回放信號加載到激振器上。在該模擬試驗中，所有典型測點的噪聲頻譜圖均與直升機實際飛行時的噪聲相一致。

2.3.2降噪效果。將上文中提到的噪聲主動控制技術與被動控制技術聯合用于該試驗當中，直升機艙內噪聲降至5.5dBA，該數值符合航空飛行器艙內噪聲低于6dBA的要求。由此證明，兩種控制技術的聯合使用，使各自的優點得到最大限度地發揮，艙內的噪聲得到有效控制，達到了預期中的降噪效果。可見，該方法具有良好的推廣使用價值。

結 論

綜上所述，直升機艙內噪聲會對機組人員的工作造成一定的影響，為使這種影響降至最低程度，必須采取有效的技術措施，對直升機艙內的噪聲進行控制。噪聲主動控制技術與被動控制技術，在直升機艙內降噪方面均有顯著的效果，但單獨使用其中一種技術所能達到的噪聲控制效果并不理想。鑒于此，可將主動與被動控制技術聯合使用，經過試驗驗證，能夠大幅度降低艙內噪聲。

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