航空噪声

2024-07-08

航空噪声（精选四篇）

航空噪声篇1

一、降噪刻不容缓

飞机的噪声源主要为动力装置噪声和空气动力噪声 (机体噪声) 。飞机噪声危害严重, 涉及对舱内和舱外的影响, 关系到飞机与生态、飞机与人类、人与自然, 以及航空与社会的许多方面, 治理噪声刻不容缓。

飞机舱内噪声对人的影响, 轻者影响邻座间的谈话与语言交流, 重者影响乘客情绪, 增加烦躁、不安, 关系身心愉快与旅途舒适, 严重时危害健康。飞机噪声引起心身疾病的几率相当大, 且治疗较困难, 需要较长的调养恢复期, 给人的日常生活和工作带来很大的麻烦。飞机噪声对人体的直接危害会破坏人体神经, 使血管产生痉挛, 加速毛细胞的新陈代谢, 从而加快衰老期的到来。

飞机舱外噪声直接影响到大环境, 涉及对航线沿线的影响, 对机场周边的影响, 尤其在起飞和降落时影响最大, 严重时会成为公害。

飞机噪声对生物界也有危害。众所周知, 飞机噪声使南极企鹅等海鸟的心跳加快早已成定论。例如, 飞机噪声会影响机场周围鸡、牛的情绪, 导致养鸡场的产蛋量下降、奶牛场的产乳量下降。

二、飞机降噪现状

世界航空噪声的总体现状不容乐观。一方面, 各国民用飞机机队的拥有量巨大, 班机航行空域跨国、跨地区, 噪声沿航线连续传播, 且航班越密, 飞机越大, 噪声影响越大 (一般在90~110分贝) ;另一方面, 军用飞机的噪声治理比民用飞机更严重 (通常水平都在130分贝) 、更复杂、更困难。军用飞机由于首先追求技术性能的先进性, 满足战术需求为主, 而将降噪放在次重要地位。往往小起飞重量的战斗机飞行时发出的噪声分贝超过大中型运输机发出的噪声分贝, 国际上情况也基本雷同。

当然, 现在由于隐身的需要, 军用飞机在满足雷达隐身需要的同时, 也开始重视声隐蔽。但是, 隐身飞机造价高昂, 装备数量有限, 无法改变目前全球飞机噪声污染严重的基本面。

作为民航界最典型的案例, 噪声可以说是“协和”号喷气客机商业失败的关键性因素之一。“协和”超音速喷气旅客机由于经济性差、航程短、噪声污染严重三大弱点, 无法发挥在太平洋航线的优势, 被限制不得在大陆上空进行超音速飞行。

近20年来, 全球噪声污染一直有增无减。近来, 国内外因飞机噪声污染导致的纠纷越来越多。英国政府向居住在希思罗机场附近饱受夜航班机噪声之苦的10万~50万名居民进行赔偿, 赔偿总额高达20亿英镑。

三、飞机降噪难点

飞机降噪是极其复杂且综合性很强的难题, 涉及声学、材料、机械、动力装置、空气动力、减振设计、制造工艺及使用维护等方面。

通常, 飞机动力装置要在达到基本性能指标的前提下才来着手降噪, 对涡轮喷气发动机采用消音器就是其中的一例。飞机的空气动力噪声研究是个非常复杂的问题, 它要在减小气动阻力, 满足飞机速度、升力、稳定性、操纵性等性能的前提下, 再来设法降噪。此时, 空气动力噪声和机械噪声交织在一起, 使问题更为复杂化。其结果往往导致先产生噪声公害, 然后再治理。这样不但增加了治理噪声的难度, 而且直接增加了治理的费用, 需要动用更多的资源。由于被动式降噪措施大多只能治表不治本, 使降噪问题伴随飞机生命周期长期得不到解决, 原来的问题变成了难题, 难题则难上加难, 成为“老大难”。

目前, 国际上仍然缺乏非常有效的飞机主动噪声控制技术, 就连科技发达的波音公司和空客公司也同样面临着重大挑战, 两家谁也没有继续开发下一代超音速巡航的旅客机。

另外, 飞机降噪的难点不单是个技术难题, 还是个复杂的社会难题。由于航空噪声扰民引起的抗议和法律诉讼的案例, 在日本、韩国、英国, 以及我国的沈阳等地均有发生。这也再次告诫我们, 民生问题必须认真对待、妥善解决, 反之一旦矛盾激化, 将会断送航空产业的前程。

四、降噪系统工程

飞机降噪作为系统工程, 关系到系统的形成、结构、依赖的时间变化, 系统的复杂性、不定性、开放性, 子系统种类和关联度, 以及研究的对象。飞机降噪先从确定振源着手。例如在高速空气动力降噪方面, 就要由飞机的总体设计和气动设计的协调、修改和完善, 通过风洞实验 (图1) 设法减小摩擦阻力、压差阻力, 消除干扰阻力、诱导阻力, 降低由激波引起的噪声。

通常, 气动设计好的飞机其气动噪声也被大幅度削弱了。波音787喷气客机在研制过程中采用流畅的雨燕式气动外形, 以波音专有技术与计算机流体力学 (CFD) 相结合, 优化了发动机与波音787机身的设计, 将干扰阻力降至最小, 并让气动效益达到最佳。特别是短舱上的锯齿边结构体设计, 显著降低了传播到后舱的噪声。通过大量使用复合材料, 配置低燃料消耗、低污染排放、低噪声的动力装置, 确保高安宁、高舒适的客舱环境, 实现更多的“点对点”不经停直飞航线的营运, 以此提高该客机的可靠度, 维系较低的维修成本。

在动力装置降噪方面, 航空研发部门从设计、制造、装配、检测及试验等环节上采取措施, 提高转子的平衡精度, 支承转子的轴承圈安装吸收振动或降低振动幅值的装置 (如挤压油膜、弹性支座等) , 尽量提高减速器的齿轮啮合精度, 并在齿轮传动链中设置减振装置等, 从而减少动力装置的振动与噪声。采取这些措施后, 目前, 涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机在常用的工况下振动已经很小。但是, 活塞式发动机、涡轮螺旋桨发动机由于有减速器, 螺旋桨活塞式发动机本身的振动很难降低噪声。因此, 装这种发动机的飞机, 由动力引起的振动较大。

采取使动力装置的振动少传给飞机的隔振措施。飞机上都设有安装动力装置的安装架, 一般发动机用3个挂点以上的安装节装到发动机安装架上, 然后在安装节上安装能吸收发动机振动能量的弹性缓冲器或吸振器, 就此减小发动机传给飞机的振动。

在飞机动力装置上, 采用了多种主动和被动降噪技术以及降噪措施 (图2) 。其涉及进气道、风扇、导流片、压气机、燃烧室、涡轮、尾喷管的单元设计、模块设计、核心机设计、系统集成及系统整合, 直至消音器匹配。

在飞机动力装置被动降噪方面, 通常在高涵道比涡轮风扇发动机的中外涵道中安装多种声学衬垫:有采用带孔面板的, 有采用带孔衬垫的, 有采用双层孔板的, 有采用线性衬垫的, 还有密集纺织金属丝布的, 全部为吸音式蜂窝结构。

降低直升机飞行中机体的振动水平, 一直是直升机研制过程中最为关键的问题之一。目前绝大多数直升机均采用被动式控制手段, 难以满足在较宽的飞行包线内机体低振动水平的要求。国外投入大量资源进行直升机振动主动控制技术的研究, 已经形成了包括高阶谐波控制 (HHC) 、独立桨叶控制 (IBC) 、结构响应主动控制 (ACSR) 、主动式动力吸振器 (ADA) 及主动隔振等。其中, 结构响应主动控制拥有较大优势, 已经成为主流技术, 被成功地应用在EH101、UH-60、S-92等机型。

五、创新降噪对策

现代飞机在遵循上述降噪路线图实施的过程中, 既需要传统的技术和工艺, 又需要非传统的技术和工艺;既要靠已有的经验, 又需要探索新的途径;既要发挥本国的优势, 又需要积极地开展国际合作;既要有常规做法, 又需要新思维, 还要有创新的降噪对策。

在该方面有这样两个案例可供我们研究和借鉴:一个为应用型的;另一个为研究型的。

应用型降噪案例是美英联合推出的一种载客450名的无尾静音运输机设计方案 (图3) 。该机采用机翼和机身融为一体的飞翼布局。这种布局的飞机气动力效率高、升阻比大, 而且载荷分布相对均匀, 不像现役常规布局的飞机那样载荷都集中在机身中部。风洞实验表明, 这种翼身一体化设计, 不仅减少了空气阻力, 而且能够清除机翼抖颤, 并降低气动噪声。研究表明, 这种飞翼布局飞机的升阻比较常规飞机高20%以上, 最大升阻比可达28, 巡航升阻比在24左右。由于飞翼布局飞机有很高的巡航效率, 因此, 作为民用运输机有很好的使用经济性。与同座级常规布局飞机相比较几何尺寸小, 部件可综合利用及巡航效率高, 使得其使用空机重量、最大起飞重量均明显低于常规布局飞机。飞机起飞总重减少19%, 油耗减少20%, 直接使用成本可降低15%~20%。这种飞翼布局飞机的燃油效率较常规飞机高20%以上, 有害气体排放量可降低15%以上, 对保护环境大为有利。

某民用机场航空噪声影响计算分析篇2

根据《机场周围飞机噪声环境标准(GB9660-88)》,以计权等效连续感觉噪声级LWECPN为评价量,同时参照ICAO(国际民航组织)和SAE(汽车工程师协会)的计算方法,借助FAA(美国联邦航空局)的`INM(综合噪声模型)对某机场的航空噪声影响进行了详细分析,比较详细地考虑了机型组合、飞行架次、起降方向、时间分布和飞行程序等因素对机场噪声的强度、分布区域形状和分布区域面积的影响.提出一套先进的机场航空噪声影响计算与分析方法,可为今后机场作航空噪声环境影响评价提供借鉴.

作者：王维马腾飞 WANG Wei MA Teng-fei 作者单位：中国民航大学,交通工程学院,天津,300300 刊名：中国民航大学学报 ISTIC英文刊名：JOURNAL OF CIVIL AVIATION UNIVERSITY OF CHINA 年，卷(期)：2007 25(3) 分类号：V351 关键词：机场航空噪声现状影响影响预测

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航空发动机噪声测试系统设计篇3

1 航空发动机噪声测试设备的发展

早期的航空发动机噪声采集通常采用模拟式声级计。模拟式声学仪器大多只适用于稳定噪声信号的测量, 且精度低、成本高、操作复杂。随着数字化集成电路的发展, 数字式声级计开始出现并被广泛使用, 其中, 声学仪器倍频程分析仪广泛选用集成化有源带通滤波器芯片替代成组的模拟滤波器, 通过改变输入时钟频率的方法, 改变了带通滤波的中心频率, 再配合电子开关, 就可实现声音信号的倍频程分析功能。

计算机的发展和应用推动了测试技术的发展, 尤其在信号分析领域, 采用快速傅立叶变换技术、以计算机为核心的各种声学仪器相继问世。这些声学仪器借助数字信号处理器和傅立叶技术实现了倍频程、1/3 倍频程、功率谱、频率响应函数和相关分析等多种功能。

虚拟仪器技术的普及使发动机噪声测量与分析技术出现了质的飞跃, 先后开发出了噪声采集、保存、分析软件, 在通用计算机、工控机上, 就可实现倍频程分析、1/3 倍频程分析、声功率谱分析、倒频率分析、相关分析、相干分析、声强分析等声学分析功能, 同时还具备数据库管理功能, 具有高精度、低成本、易维护、开发性等优点。

2 航空发动机噪声采集系统的设计

2.1 航空发动机噪声采集系统的组成

航空发动机噪声采集系统基于虚拟仪器的开发思想, 采用PXI总线技术, 利用动态数据采集卡, 在PXI控制器上实现了噪声数据的动态采集和记录, 通过网络上传试验数据, 利用虚拟仪器技术分析航空发动机噪声的声功率谱和倍频程等特性。

航空发动机噪声采集系统主要由信号转换单元、数据采集单元和数据分析处理单元等部分组成, 如图1 所示。

信号转换单元包括试验现场的一次仪表, 主要有传声器、前置放大器和信号调理器等, 主要是完成声信号与电信号之间的转换, 并将微弱的电信号调理为可控通用采集模块采集的大信号;数据采集单元包括机箱、控制器和数据采集模块等, 主要是完成动态信号的实时采集和存储;数据分析处理单元一般采用计算机系统实现, 具有数据分析、存储能力, 分析功能包括声功率谱和倍频程等。

2.2 工作原理

航空发动机噪声采集系统的工作原理是:由声音传感器采集航空发动机的噪声信号, 然后转化为电信号, 经前置放大器和信号调理器处理后, 由数据采集卡采集, 并将电压数据以.DAT文件的形式存储于PXI控制器上;PXI控制器可将数据存储文件目录设置为共享目录, 以供数据处理计算机调取数据文件;数据处理计算机可通过用户局域网打开数据文件, 然后进行相应处理。

2.3 部件设计

2.3.1 数据采集单元

随着虚拟仪器技术的发展, 模块化的仪器设备已经全面替代了基础的台式仪器, 基于虚拟仪器的航空发动机噪声测试系统充分利用了计算机技术——将信号的分析、显示、存储、打印和其他管理集中交由计算机来处理。当前, PXI总线技术在数据的采集、自动测试和控制等领域得到了广泛的应用。因此, 此次航空发动机噪声采集系统设计考虑采用PXI总线技术, 并选用成都天奥测控技术有限公司设计的高精度、大动态范围的数据采集模块——SC58112B模块来实现对噪声数据的采集。SC58112B数据采集模块的原理如图2 所示。

SC58112B数据采集模块的主要指标如下:

通道:4.

采样率:最高100 k Sa/s。

采集方式:同步。

分辨率:24 位。

输入量程:±5 V。

动态范围:120 d B。

2.3.2 信号转换单元

航空发动机的转速高、空气流量大, 旋转噪声、燃烧噪声、气动噪声等多种声源会合成几十到几千赫兹频率不等的噪声, 噪声声压级高达120~140 d B。为完成发动机噪声信号的采集, 首先要通过传声器将噪声信号转换为电信号, 并配置前端放大器和信号调理器, 将微弱信号转换为满足采集器输入要求的信号。在本次设计中, 采用如下传感器和调理器来完成信号的转换。

2.3.2.1 传声器

传声器根据能量转换方式可分为电动式、电容式和压电式传声器等。现在使用较广泛的有动圈式传声器、电容式传声器和驻极体式传声器。其中, 驻极体电容传声器具有性能好、使用方便灵活和输出电平较高的优点, 目前得到了广泛应用。

本次设计选用了1/4 英寸驻极体自由场型传声器, 频率响应范围为0.006 3~40 k Hz (±2 d B) , 开路灵敏度为4 m V/Pa (±2 d B) , 传声器与前置配合最高测试声压级大于154 d B, 符合相关标准。

2.3.2.2 前置放大器

前置放大器具有高输入阻抗、大动态范围、低噪声、低功耗和相位一致性好等特点, 适用于各种精确噪声的测量, 能够满足户外和阵列使用要求。前置放大器可采用4 m A恒流源或12 V/24 V直流供电, 使用恒流源供电具有前置结构简单、使用方便等优点, 信号传输使用同轴线缆, 电磁场屏蔽效果较好, 且能远距离传送信号;使用12 V/24 V直流供电具有高输入阻抗、低噪声和低功耗等特点, 适用于长期户外声探测使用。

2.3.2.3 信号调理器

信号调理器具有信号放大/衰减和抗混叠滤波功能, 可与数据采集卡配套使用, 其具体指标如下:

频率范围:0.005~100 k Hz (±0.2d B) 。

增益:0.1, 1, 10, 100增益可调。

滤波:22.4 k Hz抗混叠滤波, 衰减率大于-46 d B/OCT。

最大输入信号电压:10 Vp-p。

最大输出信号电压:10 Vp-p。

2.3.2.4 其他附件

为了更精确地采集航空发动机的噪声信号, 减少外部环境的干扰, 可采用如下附件:1防风罩。在户外声学测量时, 风的影响不可忽视——风作用在传声器上会直接产生噪声或引起湍流噪声, 降低声学测量信噪比, 甚至会造成声学测量无法进行。使用时, 将防风罩套在传声器上, 可大大减少风噪声, 而不会使测试声信号衰减。2延伸电缆。在对测量结果要求较高的情况下, 为避免测量仪器和人员干扰声场, 可使用延伸线缆将传声器延伸到测点位置。3防雨罩。运用于户外传声器的防雨。

2.3.3 数据分析处理单元

数据分析处理单元可以分为数据提取、数据回放分析和数据存储等部分, 可实现对采集数据的二次处理, 包括采集设置, 数据保持、回放、分析和传声器定标等功能。

2.4 软件设计

系统软件采用模块化设计, 包括自检、参数配置、数据采集处理、数据显示、数据记录、试验数据回放和测试通道校准等模块。自检模块主要是在软件启动后, 对数据采集模块进行初始化操作, 然后进行模块自检;参数配置模块主要是完成每个测试通道的参数配置;数据采集处理模块主要是将采集的电压信号通过数据处理, 转换为工程值;数据显示模块是将采集的数据显示在界面上, 以便试验人员进行测试;数据记录模块主要是以文件形式记录和保存试验数据;试验数据回放模块主要是以曲线图形的方式回放试验记录的数据文件, 以供试验人员分析处理;测试通道校准模块主要是在线校准每个测试通道, 然后通过软件计算, 得到校准修正系数, 供试验调用。

2.4.1 软件结构

软件结构如图3 所示。

底层为系统中模块的驱动程序。接口层在底层与上层软件建立连接关系, 在接口层, 可为应用程序与设备通讯建立接口。此接口定义了应用层调用设备驱动程序的通用接口。通过接口, 不同的设备对应用层具有相同参数结构的函数。应用层为实现各种功能的上层软件, 包括硬件设置、采集控制、实时显示、数据存储、信号标定、数据分析等, 并可以根据客户的要求增加专用功能, 例如专用数据分析、试验报告生成等。

2.4.2 软件流程

数据采集软件流程如图4 所示。

3 结束语

航空发动机噪声测试系统可以准确、高效地完成航空发动机噪声信号的采集、存储和分析, 对于航空发动机的试验、故障分析和诊断等具有重要意义。基于PXI总线技术设计的数据采集系统具有较高的可靠性、可维修性和通用性, 同时, 数据采集系统通过网络实现了服务器存储功能。

参考文献

[1]黄晶晶, 吴志真, 雷勇.航空发动机试车台噪声声功率谱技术研究[J].计算机测量与控制, 2006 (10) .

航空噪声篇4

2008年以来, 首都机场旅客吞吐量和飞行架次呈现快速增长态势, 2014年全年旅客吞吐量和航班架次分别达到8600万人次和58万架次。随着飞行架次的增长, 机场周边的航空噪声影响水平和范围也在不断扩大, 同时由于公众生活水平和环保意识的提高, 对生活环境的要求也越来越高, 首都机场航空噪声削减工作压力持续增加。

首都机场于2006年开始建设航空噪声与运行监测系统, 用以推动航空噪声管理工作。本文将重点介绍首都机场如何通过对监测数据的分析, 提出和推动航空噪声削减措施的实施。

2 首都机场航空噪声与运行监测系统介绍

首都机场航空噪声与运行监测系统在机场周边设置有20个固定监测站点, 点位分布见图1, 一套便携式移动监测设备, 24h实时监测航空噪声, 并通过专用无线网络将监测数据传输至噪声办公室的数据库服务器。监测范围覆盖了顺义、朝阳、通州3个行政区, 覆盖面积约300 km2, 便携式移动监测设备可以应对日常投诉及临时性监测工作。同时, 系统通过从空管局获取的雷达点航迹坐标、航班信息、机型等运行数据, 与噪声数据进行关联处理, 较准确的剔除非航空噪声。系统原理架构见图2。

3 首都机场航空噪声与运行监测系统应用

3.1 绘制航空噪声影响等值线图

INM是飞机噪声评估和机场环评等工作中经常用到的模型, 但在上述工作中通常都是人工将机场的航路、运行数据、机型数据等输入INM进行计算, 各类数据统计和输入工作量较大, 一般都会采取一些简化方法。而航空噪声与运行监测系统可以将包含实际航路、机型和其他运行参数的雷达航迹数据直接导入INM模型, 可以极大的提高噪声等值线图的准确性, 真实地反映出机场周边的航空噪声影响水平和范围。图3所示是首都机场某段时间的噪声影响等值线图。

3.2 制定优先跑道规则

通过对噪声监测数据、等值线图并结合首都机场周边人口分布数据的综合分析, 可以模拟出每条跑道运行产生的噪声影响人口数量, 并根据白天、晚间的运行量特点, 制定优先跑道规则, 使噪声影响的人口数量降到最低。首都机场有三条平行跑道, 其中以中跑道 (36R/18L) 噪声影响的人口数量最少, 因此, 针对白天和夜间的运行特点, 制定了优先跑道运行规则如图4、图5。

3.3 识别噪声敏感区

根据首都机场周边社区、学校、医院及飞机航路分布情况, 识别了顺义城区、樱花园小区、温榆河别墅区3个较为集中的噪声敏感区及若干零散分布的噪声敏感区, 并评估每个区域的噪声影响特点, 制定针对性的噪声削减措施。

3.4 二阶段机型统计

二阶段机型年代比较久远, 噪声水平很高, 是产生噪声污染和引起噪声投诉的重要因素。通过对噪声监测系统历史数据的统计, 自2008年至今在首都机场运行的二阶段机型的比例已经从0.37%下降到了0.02% (图6) 。

可见, 在基于噪声削减和航空公司本身机型更新的双重因素影响下, 在首都机场运行的二阶段航班逐年减少, 预计2015年全年应在100架次左右, 即平均3d才有一架次二阶段飞机在首都机场起降, 二阶段飞机的噪声贡献已经非常微小。

3.5 违规航班监测

噪声与运行监测系统基本可以实现对每一架航班的监测, 比如首都机场东跑道自2009年开始实行夜间禁飞的限制措施, 我们每天会监测禁飞的执行情况, 并报告违反禁飞措施的航班。

4 结语

首都机场作为国内首家也是目前唯一一家建成噪声与运行监测系统的机场, 在该系统运行近10年的时间里逐步摸索和开发该系统的功能和应用, 积累了大量的数据和经验, 下一步还将从减噪飞行程序、航空公司噪声表现排名、噪声附加收费等方面做深入研究, 进一步推动航空噪声削减工作。

摘要：指出了随着旅客吞吐量和航班量的快速增长, 首都机场周边的航空噪声影响日益严重, 通过积累多年的监测数据, 实现了等值线图的绘制、优先跑道分析、噪声敏感区识别、老旧机型淘汰、违规航班监测等功能, 以全方位推动航空噪声削减工作。

关键词：首都机场,航空噪声,监测系统,噪声削减

参考文献