航空發(fā)動機(jī)試車臺聲學(xué)測試探討

陳玨 王娜

摘要：航空發(fā)動機(jī)在試車臺內(nèi)試車時，試車噪聲大，并且試車噪聲頻帶寬，會對周圍環(huán)境造成很大污染。因此，試車臺建設(shè)的很重要一部分是噪聲控制。在試車臺建設(shè)完畢后，會對試車臺整體聲學(xué)性能進(jìn)行聲學(xué)測試。本文介紹了試車臺聲學(xué)測試的情況，并對測試中出現(xiàn)的問題進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：試車臺;聲學(xué)測量;噪聲控制;

試車臺作為航空發(fā)動機(jī)在地面試車和維修檢查的平臺，在國民經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)中發(fā)揮了巨大的作用。航空發(fā)動機(jī)具有寬頻帶、高聲壓級、持續(xù)時間長的聲學(xué)特性。[1] 因此在試車臺設(shè)計(jì)時，噪聲控制是使用方和地方環(huán)保部門重點(diǎn)關(guān)注的部分。在試車臺建設(shè)完畢后，需要對試車臺進(jìn)行聲學(xué)測試，全面評估整體聲學(xué)性能。試車臺聲學(xué)測試主要目的有兩個。第一，檢驗(yàn)試車臺聲學(xué)設(shè)計(jì)是否滿足技術(shù)協(xié)議的要求和國家標(biāo)準(zhǔn);第二，對消聲設(shè)備的工程應(yīng)用降噪量進(jìn)行現(xiàn)場評估。

一、測量介紹

為保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及其可應(yīng)用性，聲學(xué)測量工作必須按照中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范進(jìn)行。針對航空發(fā)動機(jī)試車臺的聲學(xué)測試，主要的測試依據(jù)為GB/T 3222.2-2009《聲學(xué) 環(huán)境噪聲的描述、測量與評價 第2部分：環(huán)境噪聲級測定》、GB 50454-2008《航空發(fā)動機(jī)試車臺設(shè)計(jì)規(guī)范》和GB 12348-2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》等相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)。

下面以某航空發(fā)動機(jī)試車臺聲學(xué)測試為例，對試車臺聲學(xué)測試進(jìn)行介紹。該試車臺主體為“U”型結(jié)構(gòu)，試車臺北側(cè)為三層配套附樓。試車臺距離最近的廠界距離約50m。根據(jù)技術(shù)協(xié)議和相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)要求，整個試車臺的聲學(xué)性能指標(biāo)如下表所示。[2，3]

根據(jù)敏感點(diǎn)聲學(xué)指標(biāo)要求以及聲學(xué)設(shè)計(jì)需求，在試車臺布置了8個測點(diǎn)。測點(diǎn)序號以及測點(diǎn)描述見表2所示。航空發(fā)動機(jī)試車臺進(jìn)、排氣塔塔口高度較高，通常在測試時需要在將布置在塔口的傳感器頭加裝專用的風(fēng)帽，防止風(fēng)噪聲影響測量結(jié)果。在試車間內(nèi)，由于氣流速度較大，需要在傳感器頭部安裝專用的鼻錐。

測試系統(tǒng)采用8通道采集系統(tǒng)，在發(fā)動機(jī)試車時對上述測點(diǎn)進(jìn)行了實(shí)時的測量和記錄。通過對所測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可得出試車臺在發(fā)動機(jī)不同狀態(tài)下各個測點(diǎn)處的聲壓級。試車臺布點(diǎn)圖片見圖1所示。

二、測量結(jié)果探討

由于試車臺聲學(xué)測試數(shù)據(jù)涉及到用戶產(chǎn)品的一些信息，故只能列出一部分測試結(jié)果數(shù)據(jù)。理論計(jì)算數(shù)據(jù)與實(shí)測結(jié)果對比表見表3所示。

從測試結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，采用理論計(jì)算的外場結(jié)果均較實(shí)測的結(jié)果要低。分析原因，由于試車臺附近的環(huán)境以及建筑物特殊的高度，采用國際標(biāo)準(zhǔn)的聲衰減公式在自由衰減和指向性衰減值得計(jì)算會與實(shí)際情況有一定的偏差。

準(zhǔn)備間由于隔聲大門具有較明確的隔聲量，因此實(shí)測結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果偏差很小。

通過對進(jìn)、排氣塔口針對性的布置幾個不同位置的測點(diǎn)，來考察進(jìn)、排氣塔口聲壓的不均勻度。通過測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，進(jìn)、排氣塔口不同位置所測結(jié)果均不一致。但是，進(jìn)氣塔口的聲壓不均勻度要小于排氣塔口的聲壓不均勻度。分析原因，進(jìn)氣塔內(nèi)氣流速度相對于排氣塔內(nèi)氣流速度低，同時流場的均勻性也優(yōu)于排氣塔。

操縱間內(nèi)噪聲測量收到人員說話干擾聲十分明顯。在實(shí)際試車過程中，試車人員之間需要頻繁溝通交流，導(dǎo)致在時域聲信號采集時經(jīng)常無法獲得一段較長的穩(wěn)態(tài)信號，這對最后的操縱間聲壓級計(jì)算會造成一定的干擾。

三、總結(jié)和展望

通過以某試車臺測試為例介紹試車臺聲學(xué)測試要求以及測試結(jié)果分析，說明聲學(xué)測試在工程噪聲控制中具有非常重要的作用。通過聲學(xué)測試結(jié)果，可以修正理論計(jì)算值。通過大量的聲學(xué)測試，獲得的工程修正數(shù)據(jù)對未來噪聲控制設(shè)計(jì)具有重大參考價值。

由于測試通道所限，每次測試只能同時測量8個通道的噪聲值，測點(diǎn)較少會導(dǎo)致測量的不確定性增大。未來，希望通過擴(kuò)展測試通道數(shù)，使得每個敏感房間、敏感點(diǎn)處布置多個傳感器同時測量，或者有條件的直接采用陣列測試系統(tǒng)進(jìn)行測試，可以獲得大量完備的數(shù)據(jù)，保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王娜，萬能，湯道敏.某渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)試車臺的聲環(huán)境研究[J].環(huán)境工程，2012，4（30）：107-109

[2] GB 50454-2008，航空發(fā)動機(jī)試車臺設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] GB 12348-2008，工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)[S]

（作者單位：中航工程集成設(shè)備有限公司）