等效飛行航跡在民用飛機噪聲適航審定中的運用

閆國華，李 捷

(中國民航大學航空工程學院，天津300300)

0 引 言

隨著民航業近年來的迅速發展，如何降低民用飛機產生的噪聲這是各國民航局以及國際民航組織(International Civil Aviation Organization，ICAO)關心的問題。在新型民用飛機適航審定中，對于噪聲的評定有一套嚴格的標準。適航審定過程中，需要對邊線、飛躍和進近三個點進行噪聲值測量和審定，每一個點都需要進行六次以上的有效噪聲數據采集[1]。考慮到在噪聲合格審定試驗過程中對試驗機場、試驗大氣環境以及試驗設備的嚴格要求，為了降低適航成本和噪聲對機場環境的影響。需要在較短的時間內進行盡可能多的飛行試驗。飛機可以采用適航規章所允許的等效切入、離開航段的方法[2]。這樣既節省了試驗成本，又達到了減少機場噪聲的目的。

1 等效飛行航段算法

在新型飛機噪聲適航審定過程中，用于計算有效感覺噪聲級(Effective Perceived Noise Leve，EPNL)的區間被稱為10 dB降區間，該區間是與最大純音修正感覺噪聲級(Maximum Tone Corrected Perceived Noise Level，PNLTM)相差在10 dB以內的飛行區域。每次試驗的有效數據必須包括 10 dB降區間的噪聲數據。根據中國民航規章36部(China Civil Aviation Regulations-36，CCAR36)[1]，可以采用規定所接受的等效飛行程序來采集噪聲數據。等效飛行程序只需要飛行試驗航段包括10 dB降區間即可。

要得到等效飛行區域，首先要得出整個飛行試驗階段的噪聲數據，然后找到該飛行試驗的航跡，再找到噪聲10 dB降區間所對應的飛行區域，該區域就是噪聲測量的有效區域，這個飛行區域是進行等效程序的等效飛行航段必須包括的部分。

1.1 噪聲數據處理

試驗傳聲器所檢測到的是24個50～10000 Hz范圍內 1/3倍頻程[3]聲壓級數據。依據國際民航組織(International Civil Aviation Organization，ICAO)附件16[4]中提供的聲壓級和感覺噪度換算表，就可以得到總感覺噪度N(k) (k表示噪聲測量時段)，再根據中國民航規章36部(China Civil Aviation Regulations-36，CCAR36)部提供的計算公式[1]，就能得到瞬時感覺聲壓級(Perceived Noise Level，PNL)，即

式(1)中，N(k)代表測量的第k時段的總感覺噪度。

得到瞬時感覺聲壓級之后，具有頻譜不規則形狀的噪聲必須確定修正因子C(k)，然后得到純音修正感覺噪聲級(Tone Corrected Perceived Noise Level，PNLT)，即

得到每 0.5 s的純音感覺噪聲級之后，找到其PNLTM。相對于最大純音感覺噪聲級的10 dB降區間就是適航審定所需要的有效數據采集區間，如圖1所示。圖1中，kF表示10 dB降區間的起始點，kM表示最大純音修正感覺噪聲級點，kL表示10 dB降區間的結束點。

圖1 10 dB降區間示例Fig.1 Example of 10dB drop interval

1.2 航跡計算

在得到飛機起飛和進近噪聲數據之后，可以根據 ICAO在飛機適航審定中的推薦航跡算法[6]，算出飛機標準航跡。以DC-9飛機為例，飛機飛行航跡需要知道的飛行參數可以從飛機噪聲與性能數據庫(Aircraft Noise and Performance, ANP)中查詢，所以根據航跡推薦算法和ANP 數據庫就可以得到飛機默認起飛和進近的航跡圖[7]。

1.3 起飛和進近剖面10 dB降區間

要進行航空器適航審定等效程序，關鍵在于找出空間上的切入點和離開點。切入點早于10 dB降區間起始點，離開點晚于10 dB降區間結束點。所以只要找出10 dB降區間對應到航跡上的位置，就可以得到切入點和離開點的位置，也就可以得到等效飛行航段。飛行員可以根據等效飛行航段在適航審定的時候進行試驗飛行。DC-9為100座左右單通道干線飛機，這類飛機與現在國內外廣泛使用的空客A320和波音737型號類似，同時也和正在進行適航審定的國產大飛機C919相似。所以根據分析該飛機起降噪聲數據和飛行程序得到的等效程序，可以廣泛應用。

2 應用實例

2.1 邊線噪聲10 dB降區間

在該機型某次標準起飛實驗過程中[7]，結合邊線上某一個測量點測量得到的一次典型的起飛的邊線 1/3倍頻程聲壓級噪聲數據[8]，對應起飛剖面進行分析。

通過對比測量時間和起飛滑跑時間，可以得到飛機邊線噪聲10 dB降區間在起飛航跡上的起始點和結束點。圖2給出了純音修正感覺噪聲級的 10 dB降區間，綠色點是區間起始點，紅色點是區間結束點。圖3中黃色點表示是傳聲器的位置，綠色點表示10 dB降區間初始點，紅色點表示10 dB降區間結束點。

2.2 飛躍噪聲10 dB降區間

圖2 飛機起飛噪聲10 dB降區間Fig.2 The 10 dB drop interval of aircraft takeoff noise

圖3 起飛剖面上邊線噪聲10 dB降區間Fig.3 The 10 dB drop interval of aircraft sideline noise in takeoff path

起飛噪聲還存在一個飛躍測量點，對飛躍測量點的噪聲數據進行處理之后得到隨時間變化的純音修正感覺噪聲級。對比起飛剖面和起飛時間，當地時間10時42分 46秒到 10時 43分5.5秒為10 dB降區間，得到飛機飛躍噪聲10 dB降區間在起飛航跡上的起始點和結束點，如圖4和圖5所示。

圖4 飛機飛躍噪聲10 dB降區間Fig.4 The 10 dB drop interval of aircraft flyover noise

圖5 起飛剖面上飛躍噪聲10 dB降區間Fig.5 The 10 dB drop interval of aircraft flyover noise in takeoff path

2.3 進近噪聲10 dB降區間

一次完整的噪聲測試還包括飛機進場著陸時的進近噪聲測量點所測到的噪聲數據，通過計算一次飛機進近1/3倍頻程聲壓級噪聲數據，可以得到飛機進近10 dB降區間起始點和結束點，如圖6所示。對照飛機飛行程序，找出飛機進場著陸時間，就可以找到對應航跡上的10 dB降區間，如圖7所示。傳聲器離著陸點相距1280 m，圖7中黑點就是傳聲器所在位置。根據傳聲器檢測到的噪聲數據，10 dB降區間一共持續5 s。從本次測試時間對照可知，10 dB降區間開始1 s飛機位置正好在傳聲器位置正上方。所以得到如圖7所示的飛機剖面線上10 dB降區間的開始點和結束點。

圖6 飛機進近噪聲10 dB降區間Fig.6 The 10 dB drop interval of aircraft approaching noise

圖7 進近剖面上進近噪聲10 dB降區間Fig.7 The 10 dB drop interval of aircraft approaching noise in approaching path

2.4 等效飛行航跡圖

找到飛機剖面圖上三個測量點的10 dB降區間的位置之后[10]，為了達到節約適航成本和節能減排的目的，按照CCAR36部[7]的要求，可以進行等效飛行，只需在每一個10 dB降區間切入點之前切入標準航跡，結束點之后飛離標準航跡。如圖8(a)所示，起飛等效區間應該包括邊線10 dB降區間和飛躍10 dB降區間，如圖8(b)所示, 進近等效航跡只需要將進近10 dB降區間包括在航跡之內，因為整個包含有效噪聲數據的飛行航段都包含在了等效飛行過程中，所以該測試程序得到的噪聲數據是有效的。

整個飛行剖面圖如圖8所示，在進行適航審定飛行測試的時候，飛行員可以按照如圖8中黑線所示的飛行航跡進行飛行，在不需要進行著陸和進行完完整的起飛和進近程序的情況下也能得到適航審定所需要的噪聲數據。

圖8 等效航跡圖Fig.8 Equivalent flight paths

3 結 論

(1) 根據噪聲監測三個測量點噪聲數據和ANP數據庫數據計算得到起飛和進近剖面圖上三個10 dB降區間；

(2) 根據三個 10 dB降區間規劃出適航等效飛行航跡，既保證了數據的有效性，又達到了降低機場噪聲的目的；

(3) 以此試驗和計算程序為依照，為工程技術人員在國內大飛機項目C919以及未來寬體客機的噪聲適航審定過程中提供可以參考的試驗方法。

參考文獻

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