飞机噪声计算通用模型研究

    随着经济的迅速发展和人民生活水平的不断提高，航空事业也赢来了全新的发展时期，世界各地军用和民用机场建设如火如荼，由此而带来的机场飞机噪声问题也日益突出［1 －3］。为确保机场与周边环境的和谐发展，科学地预测新建或改扩建机场飞机噪声的影响范围与强度就显得非常重要。国内外的许多学者对此展开了深入研究［4 －7］，探寻飞机噪声的产生机理和传播规律，以期望找到行之有效的噪声预测方法。这些研究大都集中于飞机噪声的基础理论和预测评价量的计算和修正方面，尚没有建立一整套完善的可直接用于实际工程的噪声计算体系。美国 INM( IntegratedNoise Model，综合噪声模型) 软件是一套比较先进的噪声计算软件，其民用部分已经成功的运用于我国民航飞机的噪声评价，军用部分则由于机型、航线和飞行训练等方面的差异，无法直接用于我国军用机场，而且军航和民航分开在一定程度上限制了其在军民合用机场上的运用［8］。

    文献［9］中的附录 A 对飞机噪声环境影响预测和评价的基本程序进行了介绍，给出了评价量的计算公式和相关的附加修正方法。目前的机场飞机噪声环境影响评价大都依此规范进行，但在实际运用过程发现，由于飞行航线多种多样，构造复杂，飞机沿航线飞行时速度、功率、爬升率等飞行状态都在不断变化，其飞行轨迹也有弯道和直线交替变化的现象，噪声计算时如何确定预测点到航线的最短距离，如何考虑飞机不同飞行状态的影响，这就需要有一套完整的可操作性强的计算模型才行，仅仅知道评价量的计算公式无法解决这些技术问题。且传统的计算方法由于缺乏通用的航线模型和规范的数据管理，所建立的飞行航线缺乏通用性，无法适用与其他机场，导致噪声环境影响评价时的重复工作量较大，既费时又费力，且由于大量的计算工作需要人工操作完成，容易出错，增加后期的数据管理难度。

    本文在深入分析各种航线特点的基础上，考虑将航线进行分段研究，建立通用的适合各种机型不同航线的噪声计算模型，完善飞机噪声计算体系，规范飞机噪声环境影响评价工作模式，提高工作效率，提高整个评价过程的智能性和科学性。

    1 航线分解

    分析飞行航线的特点可以发现，任何一条航线，不论是军用飞机航线还是民用飞机航线，不管其构成多么复杂，都可以分解成为许多航线片段( 简称航段) 的组合，每一片段的速度、功率、飞机仰角等飞行状态相对比较稳定，只要确定了每一片段的轨迹，整个航线就有两大类，一类是直线( 包括起飞滑跑、着陆滑跑、直线爬升、直线下滑以及直线平飞等) ; 另一类是曲线( 包括左转弯爬升、右转弯爬升、左转弯平飞、右转弯平飞、左转弯下滑、右转弯下滑等) 。这两类基本航段就是飞行航线组成的基本要素，其不同的排列组合共同构成了不同的飞行航线。每一要素的几何特征具有相似性，其数学模型基本相同，不同的只是相关参数而已，因此只要建立直线和曲线航段这两个基本要素的通用模型，就可以任意增加删减航段，变换相关参数，组合而成任何所需要的飞行航线。计算出飞机沿各个航线片段飞行时在预测点的噪声，再进行叠加就可以得到整个飞行事件在预测点 产 生 的 噪声。假定图 1 中的航线在如图所示的四段中飞行状态相对稳定，那么噪声计算时就可以将该线划分 成 编 号 为①、②、④ 的三个直线航段和编号为③的曲线航段，P 点的噪声就是各航段对该点的噪声贡献之和。