工程师如何测量飞机外表面噪声？

噪声
是大型商用飞机研制阶段 必须重视的空气动力学问题之一

严重的噪声可能使乘客与飞行员产生疲劳、心跳加快、血压升高等不舒适，也会使飞机内部的设备仪器，因舱内噪声与振动产生失稳和灵敏度减弱等现象。随着商用飞机舒适性的不断提高，噪声也越来越受到业界重视，这其中，了解噪声来源、收集噪声数据是飞机降噪研究的基础。

为了让人们搭乘的飞机更加安静舒适，中国商飞的工程师团队前段时间进行了试飞，收集飞机外表面噪声数据。想知道他们为了这次试飞，对飞机进行了什么样的测试与改装吗？

什么是飞机外表面噪声？

噪声是一个大家都很熟悉的名词，但要搞清楚噪声是什么却是一件困难的事情。要知道，噪声在不同的领域有着完全不同的解释。物理课本上说，噪声是发声体做无规则振动发出的声音；从生理学上来看，凡是妨碍人们正常休息、学习和工作的声音都是噪声；在通信领域，干扰信号传输的能量场称为噪声。看来对于噪声是什么这个问题，只能具体情况具体分析了。

现在，如果把研究对象设定到飞机在气流中做高速运动，飞机表面会出现湍流边界层，湍流边界层内部会产生高频的压力脉动，进而形成了辐射场噪声，也就是所谓的飞机外表面噪声。

为什么要测试飞机外表面噪声？

外表面噪声测试并不是一个新鲜的话题。对于军用飞机，飞行包线更大，特别是在高速飞行时，产生巨大的气动噪声，长时间运行会导致机体结构声疲劳，破坏飞机结构。对于商用飞机，声疲劳可能并不是一个突出的问题，研究重点在于通过测量飞机外表面噪声，为舱内噪声评估模型提供数据和输入，为结构减振降噪设计提供依据，提高旅客乘坐的舒适性。

如何测量外表面噪声呢？

为了测量机体外表面真实工况下的噪声数据，工程师们需要定制一款具有如下特性的噪声传感器。

首先，传声器体积要足够小，厚度要尽可能薄，尽量减小因传声器对原机体表面气流分布的影响，进而测得真实工况下机体表面的脉动声压。

其次，传声器需要有良好的频响特性和足够大的动态范围。随着商用飞机的巡航速度不断增大，脉动声压随速度迅速增大，脉动声压既包含了机体振动低频信号，也包含了气动压力的高频脉动压力噪声，因此传感器要有足够宽的频响范围。

最后，传感器能够适应各种极端气象条件。飞行过程中可能会遇到雨水或者结冰气象，高空和地面温度相差较大，要保证在这些条件下传感器能够稳定正常工作。

如何在外表面安装噪声传感器？

外表面噪声传感器的安装方式要满足两个要求。

第一是安装方式不会对飞机气动特性造成影响，确保噪声数据的有效性。

第二是传感器在飞行过程中不会脱落，这里要特别注意对于尾吊式发动机的飞机，传感器脱落后吸入发动机的风险较大，因此对安装方式可靠性提出更高要求。

要满足这些要求并不是一件容易的事情，在经过反复尝试摸索和创新之后，测试团队形成了一套行之有效的传感器安装方法，不仅对飞机气动特性没有影响，也是非常安全可靠的。

如何在外表面敷设线缆？

虽然传感器完成了安装，但外表面噪声测试并没有大功告成，因为还有大量的线缆敷设。ARJ21-700飞机外表面噪声测试在机身外表面敷设的线缆长度将近100米，线缆敷设的工作量和难度丝毫不亚于传感器。

首先，传感器测试线缆是非常纤细脆弱的，敷设时需要小心翼翼，避免无意间扯断或者磨线缆。

其次，线缆路径规划要合理，需要根据传感器布局确定线缆汇合点位置和走线路径，毕竟是在飞机外表面敷设，走线路径的美观也是一个重要考虑的因素。

最后，线缆在外表面需要用胶带进行保护和固定，防止出现翘起和脱粘，为此测试工程师还制定了外表面测试线缆敷设标准和规范。

如何处理噪声试飞数据？

试飞测试改装的目的是为了获取精准的试飞数据。在测量方法、安装工艺等环节做到精益求精，获取精准的试飞数据自然是水到渠成。但是对于噪声测试而言，数据处理的工作也是异常繁重。针对不同的数据用途和分析手段，噪声数据处理方式也是种类繁多，可以开发数据处理软件，得到声压级、功率谱，分析不同工况下声压分布情况，还可以将噪声数据导入CFD软件进行计算。

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来源：@大飞机

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