螺桨飞机舱内噪声地面模拟及其主动控制

　　前 言

　　近年来,主动噪声控制技术愈来愈受到人们的重视,并在技术上取得了许多引人注目的成果,目前正由实验室研究转入工业实际应用,其中具有代表性的就是螺桨飞机舱内噪声的主动控制。

　　对于螺桨飞机,乘客舱内的噪声主要来源于螺桨的旋转,主要由螺桨的通过频率(BPF)及其低阶谐频组成,其高噪声区集中在螺桨平面及其一定距离的区间。舱内噪声的产生形式主要有两种:气动噪声和结构噪声。当螺桨转动时空气击打机身,形成蒙皮局部大的压力脉动,引起机壳振动,产生气动噪声。同时,螺桨叶尖尾迹涡流,引起机翼和襟翼的振动,使机身振动,从而形成结构噪声。特别是在未有同步装置的多发动机运行时,噪声还会出现不规则的周期性“拍”,进一步使其在舱内的空间分布变得复杂。

　　主动噪声控制通过对原噪声场施加一人为产生的反相抵消声场来实现噪声的降低。该抵消声场由一具有自适应能力的多通道控制系统产生。为了应用该技术到实际的飞机飞行中,考虑到飞机舱内声场的复杂性和飞行试验的高费用,在地面进行模拟控制实验,以研究其系统性能和控制规律是十分必要的。

　　本文针对国产运七双螺桨飞机的噪声特性,在一架试验机上,利用激振器和扬声器来模拟组成舱内声场的气动噪声和结构噪声,并应用主动控制技术对该模拟噪声场进行控制实验,取得了满意的降噪效果。

　　1 模拟声场的建立

　　地面试验在一架运七试验机上进行。该试验机除了未有内装饰材料和拆除了所有座椅外,与实际运七飞机完全相同。该飞机常规设计为52座,采用某型双涡桨发动机,其桨叶通过频率为83Hz。由于双发之间未装同步器,舱内噪声的周期和幅值呈现随机的“拍”现象。根据运七飞机舱内的噪声特征,为了建立模拟声场,如图1所示的实验装置被建立。

　　试验机被两侧机翼的千斤顶顶起,使起落架离开地面适当高度,并用工艺架拖起飞机尾端。这样既提高了飞机地面支撑刚度,使得用较小的激振力便可激起较大的声响,同时也可保证试验中飞机的安全。激振器被吊装在专用工艺架上,并螺接在飞机左右机翼大梁中心位置的构件上。扬声器被安放于舱内一侧地板上。一个声级计被用来测量舱内模拟声场特性。在这个实验中,由信号发生器产生模拟飞机螺桨通频的83Hz信号,一路由功率放大器放大后输入激振器,一路经延时后进入功放输入扬声器。激振器激励机体产生振动,模拟飞机的结构声。由于飞机是重阻尼结构,因此当激振力达到一定程度时,其二、三阶噪声也会被激出。扬声器在舱内产生的声音用于模拟飞机的空气声。由于两路信号传输中的时间差,使得合成的声场产生声“拍”。模拟的声场由声级计测量并送入分析仪器。