准動態環境短艙效果測試裝置
MA60降噪效果對比圖(最上圖為降噪前, 最下圖為降噪後)
雜訊與振動問題是飛行器設計中必須考慮的重要問題:首先,
自20世紀70年代起, 航空工業強度所就開始關注飛行器的振動雜訊問題, 先後承擔了“ANCF系統工程”“民機艙內雜訊預計、控制與試驗技術研究”“大型客機外部雜訊預計、分析與試驗技術研究”等預研專案, 建立了航空器振動雜訊產生及傳播機理、艙室雜訊預計及控制技術、航空器適航雜訊預計及測試評估技術、金屬結構聲疲勞性能評估及驗證等專項技術。 2006年, 建設了低聲強混響室、半消聲室、全消聲室、高聲強混響室、高聲強行波管以及氣動管道等關鍵試驗設施, 形成了開展結構聲/空氣聲傳播控制方法、艙室減振降噪設計方法、結構氣動雜訊模擬測試及控制方法、結構耐聲疲勞性能驗證、機載設備振動/雜訊環境適應性驗證等研究能力。
近年來, 強度所在“大強度、新強度、數字強度”的戰略指引下, 先後突破飛機噪音源識別分離、飛機發動機風扇雜訊產生與控制、艙室雜訊與振動綜合控制、發動機減振安裝設計、軍/民機結構抗聲振疲勞設計、多物理場耦合環境結構適應性分析與驗證、金屬結構振動疲勞損傷機理和演化規律等一系列關鍵技術,
大型飛機外部雜訊預計技術
通過消化吸收國外主要噪音源的雜訊預計模型以及雜訊傳播模型, 結合工程應用中的潛在需求, 設計開發出大型飛機外部雜訊預計系統, 形成了根據發動機參數、機體幾何參數、飛機航跡參數完成飛機外部雜訊預計的能力, 可提供飛機適航雜訊預計、巡航狀態機體表面聲載荷預計、地面開車狀態發動機雜訊預計等功能;為飛機設計部門在飛機初始設計階段, 開展適航雜訊預計、機體結構抗聲疲勞設計、艙內聲學設計等工作的提供技術手段和設計工具。
渦扇發動機風扇雜訊控制技術
在渦扇發動機風扇雜訊控制方面, 針對微穿孔板消聲結構開展了結構優化設計和效果測試工作, 先後完成了平板型聲襯元件的聲阻抗特性預計及測試、圓筒型聲襯模型件的插入損失及傳遞損失等聲學性能測試、全尺寸聲襯結構靜態環境及准動態聲學性能測試等工作;在此基礎上, 利用大量測試資料, 歸納形成了微穿孔板消聲結構聲阻抗計算軟體, 為開展發動機消聲短艙結構參數設計提供必要、可靠的設計工具。
飛機艙室振動雜訊主/被動控制技術
在渦槳飛機被動雜訊控制方面, 強度所先後完成MA60/600、運9等機型的座艙降噪工作, 有效改善了相關機型的客艙雜訊水準。
強度所針對渦槳支線飛機的雜訊特性及結構設計特點,建立了適用於渦槳飛機艙內聲學設計的技術體系,包括艙內聲場特性測試方法、艙內雜訊預計方法、航空材料選型方法、螺旋槳氣流雜訊實驗室模擬方法、艙內綜合雜訊控制方法等,結合相關機型的飛行測試和實驗室內大量的實驗室測試,設計出滿足機型特點的降噪方案;根據飛行測試結果,經降噪改裝後MA60飛機整機減重15千克,最大雜訊區域降噪量5.9dB(A);經降噪改裝後的運9飛機整機減重123千克,最大雜訊點降噪量近10dB(A)。
在雜訊主動控制技術方面,重點開展自我調整演算法設計、次級聲源選型及佈局優化、主動降噪系統工程化開發等工作;2012年度在國內首次完成了渦槳飛機地面開車狀態雜訊主動控制效果驗證試驗,測試結果表明控制系統運行穩定、目標頻率雜訊控制效果達8dB的效果;自主開發的主動降噪座椅於2016年度參加石家莊航展,獲得現場體驗者好評。
振動/雜訊對金屬結構損傷破壞問題研究
在振動/雜訊對金屬結構損傷破壞的研究方面,強度所開展大量的理論分析和試驗驗證工作,形成了一系列的技術突破。在金屬結構振動疲勞破壞關鍵基礎研究方面,實現了金屬結構振動疲勞損傷機理、計及阻尼效應的雙尺度振動疲勞損傷累積模型、飛機典型結構動力學特性快速優化演算法和抗振動疲勞設計方法等一系列關鍵技術的突破;此外,在試驗技術方面也取得較大突破,完成了彈艙結構空腔共鳴雜訊試驗、金屬結構聲疲勞加速試驗、聲溫振聯合載荷環境及聲-熱-振-靜多場耦合環境下結構聲疲勞試驗,有效支撐了軍機型號的研製。
新材料研究及新技術的發展
面向減振降噪的新需求和新要求,強度所積極開展新技術的研究,專門成立創新團隊研究新型阻尼減振材料、新型發泡金屬吸聲材料等,並借助人工智慧和振動雜訊模擬等方向的成果,開展根據工程減振需求自動匹配阻尼材料配方的探索。此外,在人體舒適性感知方面,強度所也開展了人體對振動/雜訊主觀評價方法研究,探索 “悅耳、好聽、難聽”、“晃、顛”等主觀詞彙與“頻率”“量級”等物理詞彙的對應關係,進而為深入開展舒適性研究奠定基礎。(航空工業強度所 侯峰)
有效改善了相關機型的客艙雜訊水準。強度所針對渦槳支線飛機的雜訊特性及結構設計特點,建立了適用於渦槳飛機艙內聲學設計的技術體系,包括艙內聲場特性測試方法、艙內雜訊預計方法、航空材料選型方法、螺旋槳氣流雜訊實驗室模擬方法、艙內綜合雜訊控制方法等,結合相關機型的飛行測試和實驗室內大量的實驗室測試,設計出滿足機型特點的降噪方案;根據飛行測試結果,經降噪改裝後MA60飛機整機減重15千克,最大雜訊區域降噪量5.9dB(A);經降噪改裝後的運9飛機整機減重123千克,最大雜訊點降噪量近10dB(A)。
在雜訊主動控制技術方面,重點開展自我調整演算法設計、次級聲源選型及佈局優化、主動降噪系統工程化開發等工作;2012年度在國內首次完成了渦槳飛機地面開車狀態雜訊主動控制效果驗證試驗,測試結果表明控制系統運行穩定、目標頻率雜訊控制效果達8dB的效果;自主開發的主動降噪座椅於2016年度參加石家莊航展,獲得現場體驗者好評。
振動/雜訊對金屬結構損傷破壞問題研究
在振動/雜訊對金屬結構損傷破壞的研究方面,強度所開展大量的理論分析和試驗驗證工作,形成了一系列的技術突破。在金屬結構振動疲勞破壞關鍵基礎研究方面,實現了金屬結構振動疲勞損傷機理、計及阻尼效應的雙尺度振動疲勞損傷累積模型、飛機典型結構動力學特性快速優化演算法和抗振動疲勞設計方法等一系列關鍵技術的突破;此外,在試驗技術方面也取得較大突破,完成了彈艙結構空腔共鳴雜訊試驗、金屬結構聲疲勞加速試驗、聲溫振聯合載荷環境及聲-熱-振-靜多場耦合環境下結構聲疲勞試驗,有效支撐了軍機型號的研製。
新材料研究及新技術的發展
面向減振降噪的新需求和新要求,強度所積極開展新技術的研究,專門成立創新團隊研究新型阻尼減振材料、新型發泡金屬吸聲材料等,並借助人工智慧和振動雜訊模擬等方向的成果,開展根據工程減振需求自動匹配阻尼材料配方的探索。此外,在人體舒適性感知方面,強度所也開展了人體對振動/雜訊主觀評價方法研究,探索 “悅耳、好聽、難聽”、“晃、顛”等主觀詞彙與“頻率”“量級”等物理詞彙的對應關係,進而為深入開展舒適性研究奠定基礎。(航空工業強度所 侯峰)