Page 125 - 应用声学2019年第5期
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第 38 卷 第 5 期 李晨曦等： 飞机机体表面声压及舱内降噪优化设计 877
飞数据模拟声源，增强统计能量法仿真的准确度；而
0 引言
在试飞数据的基础上用仿真方法研究并优化客舱
随着乘坐飞机出行频率的增加和乘坐时间的 内部壁板附近声场，可以验证降噪声学包设计方案
的有效性，降低优化设计的试飞成本，提高飞机设计
延长，乘客对民用客机客舱内的噪声要求越来越高。
客舱内声环境的舒适性越来越成为各大民航客机 的经济性。
制造商关注的要点，也成为客机商业竞争能力的重
1 飞机机体表面声压分布
要指标 [1−2] 。商用客机的舱内声学设计也成为声学
领域研究的热点之一。飞机飞行时，舱内的噪声是 1.1 飞行试验和数据处理
由多个不同的噪声源以及不同特征频谱共同产生 某型号客机按表1所示的工况在不同巡航高度
的 [3] 。这些噪声源从产生的位置可以分为外部噪声 和巡航速度下进行飞行试验。为采集机体外表面声
和内部噪声。外部噪声包括附面层噪声、分离湍流 压数据，在飞机顺航向右侧机体表面布设声级计。
层噪声、发动机风扇噪声、发动机喷流噪声、发动 传声器采集到的原始数据为时域数据。本文通过软
机振动噪声等 [4] 。外部噪声主要通过机体表面结构 件对原始数据进行处理，将其转换为频域数据，频
以结构声或振动的形式传递到舱内。外部噪声产 率范围为 50∼10000 Hz，利用三角网格差值算法绘
生的机理比较复杂，常常是多种噪声和振动的综合 制了外表面总声压级声载荷分布云图和发动机 N1、
效应 [5] 。因此，虽然商用客机的外部噪声可以用计 N2 频率对应的 1/3 倍频程频带上的声压级声载荷
算流体力学(Computational fluid dynamics, CFD) 分布云图。
或经验公式来模拟，试验仍然是准确获得机体表面
表 1 试飞工况
声压的重要方法。而外部噪声的主要处理方法是优
Table 1 Operation conditions of the flight test
化传递路径，即在机体表面噪声传递到舱内的路径
上 [6] ，对机身壁板和降噪声学包进行合理的声学设
试飞工况编号 高度/ft 速度/Ma
计，以降低最终传递到客舱内部的噪声。
1 35000 0.72
商用客机结构复杂，对商用飞机对机身壁板和
2 35000 0.78
降噪声学包进行声学研究时，难以使用纯理论模型。
3 30000 0.72
而商用飞机体积巨大，如果使用有限元算法 (Finite 4 30000 0.78
element analysis, FEA)，中高频计算量庞大，费时
1.2 线性总声压级声载荷分布
费力。在民用航空和船舶工业等领域，统计能量分
析(Statistical energy analysis, SEA)是解决大型结 根据处理后的频域数据，本文绘制了飞行试验
构中高频噪声问题的常用方法之一 [7] 。该方法基于 中四种工况对应的机体表面总声压级分布云图，如
能量守恒的原理，对结构细节可模糊处理，计算速度 图1∼图4所示。对比发现，在整个有效测量范围内，
快 [8−9] ，但其精确度取决于子系统的划分、敏感参 线性总声压级在后应急门前方、靠近地板处最大，
数的获取以及外部声源的输入等因素 [10] 。 并从此处向四周蔓延；而在机头及前机身区域，线
本文以某型号客机为研究对象，从试验数据分 性总声压级在登机门后侧到客舱第一舷窗之间较
析和声学建模两方面研究机体表面声压分布，及其 大。这一趋势与波音在 B777-300ER 上的测试数据
对舱内壁板近场辐射声压的影响。首先根据试飞数 相符 [6] 。
据分析了在巡航状态四种工况下的机体表面声压
160
分布，然后利用统计能量法建立飞机客舱中后段的 150
140
130 ܦԍጟ/dB
声学模型，以试飞数据作为声源输入，研究机体表面 120
110
100
声压分布对客舱内部壁板附近声压分布的影响，并 90
在分析基础上提出优化设计方案。优化设计方案的
图 1 工况 1 的线性总声压级云图
有效性通过声学模型进行验证。本文建立了实际飞 Fig. 1 Distribution of the overall sound pressure
行数据与舱内声场仿真结果之间的关系，用实际试 on the aircraft surface of operation condition 1
