表 2 飞机机体 /发动机设计参数
Table 2 Design parameters of airframe and engine
飞机 /发动机参数数值 (SI)
机翼总面积 / m2 372151翼展 /m 18161襟翼总面积 / m2 81184襟翼展长 /m 10108
飞机机体主起落架个数 2
前起落架轮胎直径 /m 0189
前起落架支架长度与轮胎直径比 3193
主起落架轮胎直径 1127
主起落架支架长度与轮胎直径比 3146
台数 4
空气流量 / (kg ·s -1) 1181 49
涵道比 61 02
风扇压比 11 443
发动机涡轮前温度 /K 14671 78核心喷流温度 / K 9681 22外涵喷流温度 / K 3301 67核心喷流速度 / (m ·s -1) 3491 76外涵喷流速度 / (m ·s -1) 2531 72
21 1 飞机起飞与着陆时噪声源分布的比较
飞机起飞时适航噪声测量点在飞机跑道中心线
6 500 m位置 ,进场着陆时适航噪声测量点在
图 3分别给出起飞和进场着陆过程中 ,数值预测的飞机表面声源分布情况 ,图中的结果是当飞机与地面观测点最近时 (即飞机近似在观测点上空 )时刻的噪声分布计算结果 ,图中飞机表面不同位置声源的总声压级以不同灰度表示 ,箭头所指位置为最大声级位置 ,需要指出的是 ,图 3中的声压级大小是以规格化 1m距离描述的辐射向观测点的声源噪声级。由图 3可以看出 ,飞机起飞噪声声源最大声级大于进场着陆 ,因为起飞过程发动机是在大工况下工作 ,因此发动机风扇和喷流噪声都很明显。而在飞机进场着陆过程 ,由于发动机功率状态较小 ,发动机转速较低 ,这时风扇噪声就不明显 ,而飞机机体噪声在整架飞机的噪声中表现很明显 ,图中可以清楚地分辨出起落架、机翼、尾翼等的噪声源。
21 2 飞机不同噪声源频谱特性的比较
图 4分别给出了飞机在起飞过程中 ,当飞机距地面观测点最近 (即飞机近似在观测点上空 )时的发动机和机体主要噪声源的频谱 ,图中横坐标为 1/ 3倍频程中心频率 ,用对数坐标表示。
由图 4可以看出 ,飞机不同噪声源的频谱特性具有明显的差异 ,发动机的风扇和涡轮部件是高速旋转部件 ,因此 ,强噪声级主要集中在高频范围内 ;而核心噪声和喷流噪声的强噪声级主要是在中低频率范围。机体噪声源在低频范围内具有强的噪声级 ,主起落架和襟翼噪声在机体噪声中占支配地位。
图 5则分别给出了飞机在进场着陆过程中 ,当飞机距地面观测点最近时的发动机和机体主要噪声源的频谱。
由图 5与图 4比较可以看出 ,在飞机进场着陆过程中 ,由于发动机处于慢车工作状态 ,发动机噪声明显降低 ,尽管风扇和涡轮转子部件的高频噪声仍然较大 ,但声级不如飞机起飞时那样强烈。从飞机机体噪声的频谱图可以看出 ,由于飞机速度减小 ,低频噪声成分在机体噪声中更加突出。
对于上述的频谱特性 ,同样可以用飞机表面噪声源噪声级的分布云图表示 ,图 6给出飞机起飞时 1/ 3倍频程中心频率 8 000 Hz和飞机进场着陆时 1/ 3倍频程中心频率 100 Hz等两种典型情况下飞机表面不同噪声级的分布情况。
由图 6可以看出 ,在不同的频率范围 ,飞机不同声源噪声辐射的强度明显不同 ,通常在低频范围 ,起落架、机翼等飞机机体噪声辐射较为强 ,而在高频范围发动机噪声辐射最为强。
21 3 飞机噪声的指向特性
图 7和图 8分别表示飞机起飞及进场着陆过程中当飞机位于不同位置时从地面观测点感受到的飞机不同声源的噪声辐射强度的变化情况。图中方向角度是指飞机中心点到地面观测点的方向矢量与飞机飞行轨迹 (前飞方向 )夹角 ,当飞机位于地面观测点的前方 ,即飞机还未飞到地面观测点并趋近观测点上空时 ,指向角小于 90°;当飞机掠过地面观测点上空时 ,指向角定义为 90°;当飞于观测点前方并趋向观测点上空时 ,风扇噪声是最大的噪声源 ;而当飞机在观测点后面并飞离观测点上空时 ,发动机出口噪声 (喷流噪声 )成为飞机对观测点的主要噪声辐射源。由图 8可见 ,在飞机进场着陆过程中 ,由于发动机转速降低 ,风扇噪声不再是最大的声源 ,发动机出口噪声、起落架噪声等对观测点都是重要的声源 ,而且当飞机位于观测点前方并趋向观测点上空时 ,起落架和机体噪声辐射强度更大一些。
动机的风扇和喷流是最强的噪声源 ;在飞机进场着陆过程中 ,发动机中的涡轮噪声和核心噪声较强 (发动机处于慢车工作 );飞机机体噪声中 ,噪声辐射强度是主起落架、前起落架和襟翼噪声依次减小 ,机翼噪声在 80°～140°之间最大 ,但在其他指向角度范围较小。
不同声源的指向特性有明显差异 ,由图 9和图 10可以看出 ,风扇噪声源在 40°和 130°的指向时辐射噪声最强 ,而喷流噪声在大约 150°的指向角度时辐射噪声最强。涡轮噪声在 110°时最强烈 ,然后在前后辐射角度都迅速下降。核心噪声随辐射角度的增加逐渐增大 ,观测点位于飞机后方时核心噪声较强。起落架和襟翼噪声在指向角 90°左右 (即飞机在观测点顶部 )时较强 ,离开过顶位置 ,辐射强度减小 ;而机翼噪声在 110°指向角时最强 ,离开这个位置 ,噪声辐射强度减小。
3 结 论
(1)
提出并发展了预测飞机飞行过程中噪声辐射的准稳态模型和分布点声源模型 ,该计算模型和软件能够预测飞机在起飞、着陆过程中不同噪声源对地面任意观测点的噪声辐射大小 ,能够预测各噪声源的频谱特性和指向特性。
(2)
对某大型客机起飞和进场过程适航噪声观测点的噪声计算表明 ,在起飞和进场过程中 ,不同声源对地面观测点的噪声辐射强度是不相同的 ,起飞过程中发动机风扇和喷流是主要噪声源 ,而在进场着陆过程中 ,机体噪声 (机翼、起落架等 )和发动机噪声具有相当的辐射强度 ,都是重要的噪声源。
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