如何驯服飞机发动机产生的噪声

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　　飞机上的噪声真的很令人讨厌，几十年过去了，降噪技术已经取得了很大进步。普通型号的汽车都会进行专门的噪声和振动设计 (NVH) 以提高舒适度，但是飞机上的噪声尤其是喷气式飞机发动机带来的噪声，还是经常令人感到不适。

　　驯服噪声，发动机先行，且任重而道远。

　　20世纪50年代和60年代，人们认为噪声是令人遗憾但又是不可避免的，因为这是喷气时代的产物。随着研究的深入，目前人们对噪声有了更深刻的理解，人们发现发动机是飞机上噪声的主要来源。

　　由于喷气发动机的不同部件传播不同声音，所以噪声是非常复杂的。现代发动机的大风扇产生较低音调的嗡嗡声和高音调的变调噪声，进气道、风扇、压气机、涡轮和燃烧过程都会产生噪声，而排气系统产生了大部分噪声。

　　到了20世纪80年代，降低噪声取得较大进展的是排气系统，新型大型涡扇发动机的排气速度较低，产生的噪声也低，例如美空军的KC-135加油机原来装50年代技术水平的发动机，改装CFM56发动机后，在地面的最大噪声降低了15分贝以上，在飞机起飞与着陆时在机场周围受噪声影响的区域缩小了96%。

　　CF6和CFM56系列发动机通过技术改进已使噪声降低，如CFM56-5C2采用长管道的混合流短舱，使噪声远低于FAR36部第三阶段的要求;在CF6-80C2这一级发动机中，它的噪声是最低的，CF6-80E1也如此，该发动机在起飞、侧向或进场的噪声级，在不需要任何折衷情况下就能满足第三阶段噪声要求。

　　今天降低噪声关键技术

       斜嵌进气口：
　　斜嵌进气口 (Scarf inlet) 呈非对称形状，下部比上部向前凸出，可以将噪声向上辐射，进而降低进气口噪声。

　　PW4098验证机上安装的斜嵌进气口

　　对转风扇技术：
　　未来的飞机发动机将采用2级对转复合材料风扇叶片，这项技术使风扇长度大大缩短，叶尖速度降低，噪声级显著减小。

　　斯奈克玛(现已改名为赛峰发动机)的对转风扇技术

　　掠形转子叶片/倾斜出口导向叶片：
　　掠形转子叶片和弯掠静子叶片，可以控制风扇和压气机的流量以使噪声最小。目前，这些技术已经应用于GENX、GP7200、遄达900和遄达1000等发动机。

　　GEnx发动机的叶片

　　尾流管理：
　　风扇转子叶片尾流与风扇出口导向叶片的相互作用，是涡扇发动机重要的噪声源。风扇转子叶片后缘吹除可以降低转子尾流的强度，通过气流均匀地冲击下游出口导向叶片，使出口导向叶片上的非定常负荷水平降低，从而降低转子—静子相互影响引起的单音噪声。

　　“软”导向叶片：
　　NASA研究了一种“软”风扇出口导向叶片。该叶片内部包括多个空腔，形成了调谐的亥姆霍兹 (Helmholtz) 共振器，通过减弱导向叶片表面的压力脉动，来降低由转子叶片-导向叶片相互干扰产生的噪声。

　　风扇外涵排气流偏转器：
　　风扇外涵排气流偏转器 (FFD) 用于消除发动机的紊流混合噪声。其原理是通过降低紊流涡流的对流马赫数，减少噪声向下游和侧面的辐射。

　　锯齿形喷管：
　　锯齿形喷管不仅具有非常好的降低噪声功能，而且对发动机的性能和重量只有极小的影响。波音787飞机就采用了锯齿形喷管。

　　强制排气混合器：
　　发动机核心高温气流与风扇外寒冷气流实现有效掺混，可降低喷气流速度，从而抑制喷气流噪声。此外，德国宇航中心 (DLR) 的研究人员展示了一种通过引入压缩空气来降低风扇噪声的主动噪声消除新技术，通过在风扇后面的外环和内环上各开一圈孔，向内吹以压缩空气，以降低风扇转子叶片旋转时和下游进口导向叶片之间的相互干扰产生的噪声。

　　噪声主动控制：
　　噪声主动控制技术是一种噪声抑制技术，与大多数主动控制系统不同，斯奈克玛公司的这种主动控制系统安装在静子叶片以及静子叶片间的机匣上，而不是将致动器安放在发动机进气道上。

　　声衬技术：
　　在发动机流道内壁安装声衬，利用亥姆霍兹共振器原理可降低发动机的内部噪声。声衬技术在国外多数大、中涵道比的涡扇发动机上均有应用。这些吸声衬垫的接合处也会产生散射噪声，因此空客公司开发了一种“无接缝进气道衬垫”创新技术，用一整片管状的吸声衬垫覆盖发动机内壁，从而大大降低了发动机的噪声级。2015年，庞巴迪在北爱尔兰的Belfast工厂制造了一个无铰接的整体结构碳纤维增强复合材料进气道声衬。

　　来源：国际航空微信公众号(ID：interavi)