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振动噪音与音爆抑制
林晔  审核人:   (点击: )

1、意义

振动和噪声是长期困扰我国武器装备的三大难题之一;

军用飞机寿命从3000飞行小时提高到至少9000飞行小时的关键之一;

噪音和音爆控制是机体角度实现噪音降低10分贝的最主要手段。

2、对未来飞行器的提升作用

结构抗振动噪声设计方法可应用于第六代战斗机研制攻关中,使军用飞机飞行寿命从3000飞行小时提高9000飞行小时,通过精细化设计,提高飞行器的抵抗振动噪声环境的可靠性和耐久性;

低声爆设计理论与方法可用于超声速客机的设计,从而保证超声速客机满足陆地正常飞机的噪声环保性指标。

3、国内外研究发展现状与趋势

振动噪声目前是导致我国军用飞机局部结构疲劳破坏及机载设备发生故障的主要因素之一,尤其在新一代及未来战斗机的研制过程中,隐身、高机动、超音速巡航等必备特征的进一步强化,使得军用飞机的振动噪声环境更加严酷。2012年的××科技委年会上,已经特别将“振动噪声”问题列为长期困扰我国武器装备的三大难题之一。长期以来,我国在飞行器结构研制过程一直都采取“静强度设计、动力学校核、薄弱环节事后分析”的技术路线。众多的型号研制及工程实践已经表明,单纯依靠静强度设计方法,早已无法满足飞行器结构“物尽其用”的发展要求。要提高飞行器的可靠性和耐久性,需要在飞行器振动噪声载荷环境预估、结构动响应精确计算、振动疲劳失效机理、振动噪声控制等方向的攻关研究,形成有效的动强度设计方法、精细分析工具及相关规范。

对民用大飞机而言,噪声是衡量未来民机舒适性和环保性的重要指标之一。针对提高环保性的要求,NASA 2009年启动了ERA (Environmentally Responsible Aviation)项目第一阶段,2013年第二阶段启动,该计划选定了8项关键技术进行验证研究,其中与发动机降噪和机体降噪直接相关的技术有4项。另外NASA2002年以来一直在执行“静音飞机”项目,目标是10年内将飞机的噪音水平降低到1997年基线的50%,在25年内将噪音水平降低到1997年基线的25%。项目主要从机体系统、发动机系统和飞行操作三个方面进行飞机噪声控制研究。NASA为了推进超音速民机项目的发展,制定了“N+X”研究计划,并已经开展了多年。计划研究重点是减轻音爆、起飞和着陆时的噪声、高空排放、耐用结构等。另外美国为了推进国内绿色航空技术的发展,2003年在FAA的倡导下,联合 NASA、美国国防部、美国环保局和加拿大运输部的资助,在北美地区成立了研究航空噪声和排放减缓的合作研究组织-PARTNERPARTNER开展的研究包含飞机减排降噪的方方面面,目前主要集中在机场环境噪声、飞机起降噪音、客舱噪音、飞机排放有害性评估、新燃料飞机等领域。该组织的合作方式也是非常具有特色的。此外,在欧盟第567框架计划的持续支持下,欧盟自2001年以来,先后启动了SILENCE(R)X-noise项目计划,以欧洲航空研究顾问委员会在其2020远景规划中提出的飞机噪声降低10dB为目标,资助开展了涉及飞机噪声控制的多方面研究。

 

欧盟飞机噪声控制研究路线图

除了噪声控制外,降低超声速客机的声爆水平,使超声速客机能够在陆地上空超声速飞行将会带来巨大的潜在市场。进入21世纪,国际上重新掀起了对于声爆以及低声爆超声速客机的研究热潮。20009月,美国国防预研局(DARPA)提出了静音超声速平台计划(QSP),旨在研究一种长航程、低声爆、低起降噪声的超声速飞机,在陆地上空进行超声速飞行时,声爆的超压水平不高于0.3psf2008年,美国宇航局(NASA)提出的未来N+3代客机研制计划中,对于在2035年前后服役的超声速客机的声爆及噪声水平给出了明确的规定。2010年,美国和日本签署一项协议,旨在对声爆精确预测模型进行深入研究。日本从1997年开始实施新一代超声速客机研究计划,由日本航空宇航实验室(JAXA)联合高校开展了一系列的研究,2005年在澳大利亚成功实施了基于火箭动力的超声速客机模型飞行试验,2011年在瑞典成功对外形优化低声爆设计方法进行了演示验证。日本制定的相关研究规划如图16所示,包含了低声爆、低噪声以及减阻等方面的研究和试验计划。此外,欧盟和俄罗斯于2005年联合开展了HISAC计划,针对新一代环保型超声速客机的关键技术进行预研,对若干可行的低声爆布局方案进行了风洞试验研究。

 

日本制定的低声爆超声速客机研制规划

 

 

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