飞机舱室内噪声预测及软件开发

　　飞机舱室内噪声的预测对改进飞机性能具有重要意义,并为实际飞机设计和噪声控制措施提供理论基础。目前分析方法多样,如模态分析法,统计能量法等,它们的适用范围各异。模态分析方法是分析工程振动问题的传统方法,即从经典力学理论出发,用求解数理方程的方法来寻求解答。在中高频段,由于飞机壁板谐振模态密集,模态参数特性不稳定,其理论计算复杂,理论值与实际结果误差较大。60年代初期出现的统计能量分析方法是研究高频宽带随机激励复杂结构的振动与声响应及声传输等问题的有效方法。该方法不需要求解复杂的数理方程,而是用统计的概念研究多元系统间能量的传递和平衡,因此在振动噪声分析中得到广泛应用[1～4],而且被证明是十分有效的预测方法。其中AutoSEA就是一个基于统计能量法的商业软件包,可以用来舱内声压级预测并进行声学设计的优化。

　　本文在统计能量法的基础上,结合面向对象及可视化技术,开发了一套飞机舱室内噪声预测专用软件,用以预测飞机舱内噪声大小及其分布。

　　1　预测方法及模型

　　1.1　子结构划分与功率流分析

　　整个飞机及其所处环境可以划分为5个存储能量的振动模态群,即子结构,如图1所示。

　　这些子结构间相互耦合,导致外部声场的声能和蒙皮振动的能量传递到舱室内空间,引起舱室内比较强烈的噪声。每个子结构由其振动能量的时空平均值Ei和模态密度(单位频率间隔内的谐振模态数)ni来描述。在稳态情况下,各子结构的能量平衡方程为[5]:

式中,Pi是第i个子结构的输入功率;ω是圆频率;ηi是第i个子结构的内损耗因子;ηij是从i子系统到j子系统的耦合损耗因子,ni为第i个子结构的模态密度,有互易原理

　　通过功率流分析,不但可以获得壁板的隔声量,而且可以得到由于壁板振动引起的向舱室内的声辐射。

　　1.2　外激励的处理

　　由于外激励随不同类型的飞机差异较大,目前没有一个统一的处理方法。国外开发的预测软件AutoSEA将外激励作为输入的一个综合噪声信息[2],由用户对所有外激励加以处理后提供。本文对外激励的处理考虑了两个方面,分别留作两个输入口。其一为外部声场激励,即为考虑螺旋桨噪声,和其它贡献较小的发动机喷流噪声和附面层噪声等,换算为以机身长度方向的声压形式输入。其二为振动激励,考虑了由于发动机振动引起机身壁板振动所产生的振动加速度级。如果用户在分析中提供的信息越多,使分析模型更符合实际,分析精度相应会得到提高。

　　1.3　舱室内声场分析