民机内部噪音控制

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摘 要：民机内部噪声控制关系到舱内乘员的舒适性，也是商用飞机参与市场竞争的重要参数，如何在考虑成本的情况下，最大限度的降低舱内噪声是飞机设计及制造商们的共同目标。

关键词：舱内噪声控制 动态吸振器 振动隔离器

中图分类号：V24 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）04（b）-0055-01

内部噪声等级可以通过控制噪声源或在传播过程中使其衰减的方法来控制。原则上，在噪声源处开始噪声控制是最可取的办法，然而除非在飞机的基本设计时就采用这些相关的技术，否则实现起来可能非常困难或成本高昂。因此，大多数飞机需要在噪声传播过程中将其衰减。

飞机的噪声控制最常用的方法是采用机舱侧壁内填加玻璃纤维毛毡等材料，这种处理技术既可以降低为飞机舱内隔热保温又可以减少结构噪声，这是最传统的噪声控制方法，在这里就不赘述了。

下面将介绍几种除此之外的噪声控制方法。

1 结构附件

除了采用侧壁处理技术外，机身结构的噪声传播与声辐射特性可以通过附加质量、阻尼或刚度的方式改变。在这三种方式中，增加阻尼是目前飞机产品中最常应用的方法。改变质量和刚度的方法还处于试验探索研究阶段。

如果该噪声的传播或者辐射是在现有阻尼不高的情况下通过结构共振响应来控制，那么在蒙皮上附加阻尼材料可以显著的降低机舱内噪声水平。在装饰板基频之下单独板响应是刚度控制的，因此增加装饰板的阻尼对噪声传播的影响是可以忽略的。同样，除了接近临界频率外，阻尼对于质量作用定律传播不是非常有效，而临界频率通常高于研究者所关心的飞机内部噪声频率范围。

阻尼材料已被用在涡轮喷气飞机与涡轮螺旋桨飞机产品中，而且已经在多种类型的飞机与直升飞机实验中应用。许多实验采用铝箔胶带作为阻尼材料，铝箔作为约束层，通过具有一定粘性的粘弹性材料的剪应变产生阻尼。在一些实验中胶带在粘弹性材料与铝箔之间含有一个薄的泡沫层。该泡沫材料取代金属箔隔离粘弹性材料，并由此增强其约束行为。

阻尼材料的使用不仅限于使用在机身蒙皮和加强筋上，如果声音主要是通过结构的共振响应传播或辐射，阻尼材料还可以应用在其他结构中。例如阻尼材料已经应用在近期组装的侧壁装饰板与机身蒙皮上。此外，研究证明附加阻尼可以有效的降低直升飞机齿轮箱的声波辐射。

增加机身机构的基础刚度也许是降低低频声波传播的理想方法。然而，有几个因素必须予以考虑。首先，需要知道机身机构的全部低频响应，才能确定与刚度响应相关联的频率范围。其次，如果机身在飞行中受压，结构的有效刚度要远高于没有受压的机身。第三，在忽略质量增加的条件下增加刚度会降低临界频率。因此，降低的传播损耗恰好在较低的频率发生。

2 动态吸振器

动态吸振器可以改变系统的振动特性，特别是在吸振器共振频率附近的频率。然而这种设备仅当控制的振动为单一恒定频率时才会起到作用。吸收器通过调节吸收体的质量和刚度达到指定的频率，直到吸收体的共振频率等于预计的衰减频率。因为吸收器提供了一个对系统振动抵制的力，所以在吸收体的连接点位置系统的振动会明显降低。

在发动机以恒定的速度飞行过程中动态吸振器用于降低结构噪声与空气传播噪声。对于发动机后置的喷气飞机，动态吸振器安装在靠近涡扇发动机支架的机身构架上以降低结构噪声传播。两组吸振器分别被调到低压与高压压缩机的涡轮风扇发动机的旋转频率，分别为120和180 Hz。在飞行测试中噪声降低了5至10 dB。

螺旋桨飞机通过在机身环形框架上与客舱装饰板上安装动态吸振器，来控制螺旋桨噪声。吸振器被调到螺旋桨叶片通道频率的基频、一次谐波，或二次谐波。对于双引擎飞机，连接到环形框架的吸振器调到叶片通道频率的88 HZ可以降低噪声10 dB，然而飞机的重量会有30 kg的增加。此外三套吸振器分别调到88，176，与264 Hz，并且附加在内部装饰板上，可以降低A级权声级2 dB，但重量会增加25 kg。

3 振动隔离器

振动隔离器被广泛应用于发动机固定系统，来衰减与发动机的不平衡力相关的结构噪声。活塞式发动机的振动程度可以传输到机身结构是无疑的，那么对于涡轮螺旋桨和涡轮风扇上发动机也是同样的道理。振动隔离器采用弹性材料或金属材料制成，其材料的选择在一定程度上受到安装所处的热环境所影响。隔离器通常有非线性特性，需要选择系统的刚度使其在法向静态载荷的作用下使振动降低到所要求的程度。静态载荷通过发动机的推力与重力及飞机飞行施加，缓冲器是为极端载荷条件作用所提供。需要选择运行的刚度范围以便在所关注的频率中有足够的衰减。

除了振动与声传输特性外，隔振器的设计还涉及到大量的因素。一种发动机有许多固定点，每个需要在不止一个方向提供振动隔离器。此外，固定系统的全部隔离性能几乎与效果最差的隔振器性能相同。通过研究单引擎活塞发动机螺旋桨驱动飞机的引擎固定点振动隔离器发现，当隔振器的阻尼是影响较小的参数时，隔振器刚度是影响控制噪声传播的重要参数。在实验室测试采用实验的隔振器内部噪声等级可以降低至10 dB。

4 结语

许多学者对内部噪声控制的多种方法与设计进行了基于理论的探索性研究，目前还没有应用在飞机产品中。这些研究的主要目标是不增加额外的重量前提下进一步降低穿过侧壁的噪声，尤其是与螺旋桨噪声相关的低频区域。在一般情况下，所提出的方法仅限于实验室测量或分析研究，但也有一些用行试验。这些方法包括机身结构的基本设计，机身蒙皮板的非结构性附件，侧壁处理的新方法。

参考文献

[1] 姚起杭.飞机噪声工程[M].西北工业大学出社，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.