大型飞机舱内振动噪声主动控制技术的研究及应用

《大型飞机舱内振动噪声主动控制技术的研究及应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、大型飞机舱内振动噪声主动控制技术的研究及应用ResearchandApplicationofVibrationNoiseControlTechnologyinLargeAircraftCabin南京航空航天大学裘进浩袁明季宏丽裘进浩南京航空航天大学博士生导师，长江学者特聘教授。智能材料与结构航空科技重点实验室主任．长期从事智能材料与结构研究。机舱噪声的分布特点及解决措施自1903年美国莱特兄弟制造出人类历史上第l架飞机以来，人类已经实现了100多年的载人航空飞行。这期间，载人飞行器的安全性、飞行性能等均得到了显著提升。近年来，26航空制造技术·2010年第14期

2、近年来，人们对飞机的舒适性提出了更高的要求，这也成为波音、空客等世界航空巨头增强其产品竞争性的发力点之一。对于载人飞行器的舒适性，主要是要求在机舱内保持一个较小的振动与噪声水平。从而提高乘客和飞行员的舒适度。人们对飞机的舒适性提出了更高的要求，这也成为波音、空客等世界航空巨头增强其产品竞争性的发力点之一。对于载人飞行器的舒适性，主要是要求在机舱内保持一个较小的振动与噪声水平，从而提高乘客和飞行员的舒适度。1座舱噪声问题的产生及分布根据有关标准，一般的民用飞机舱均以不超过85dB为设计指标，并且有越来越接近甚至低于80dB的趋势，而我国以前研制的运lO等喷气式飞机

3、以及运7等型号的螺旋桨飞机都存在舱内噪声过大的问题，座舱内部噪声可达90dB以上。显然，这种噪声环境是无法满足当今适航要求的，而座舱的噪声控制问题也应运而生。一个声学系统包括声源、传播途径和受声者3个主要环节。相应地，噪声控制也包括声源控制、传播过程控制和受声者保护3个方面。从声源角度分析，对于飞行器的座舱噪声。主要声源有动力装置噪声和飞机部件的气动噪声。其中，动力装置噪声是飞机的主要声源。从传播方式来分，可以分为结构传播声及空气传播声。所谓空气传播声，由振动的设备直接向空中辐射，是由于声源的振动引起周围空气质点的振动，并以疏密相间的纵波形式向外传播。结构声又称

4、固体声，机舱内的结构声主要是由经过飞机舱室的壁板传播过来的振动引起的噪声。此外还有各类噪声在舱内反射而被动发生的附加混响声。在频率分布上，螺旋桨飞机噪声的主要能量主要集中在螺旋桨转速通过频率及其几阶谐波分量上，通常不超过500Hz；而对于喷气式飞机，其频率分布较广，主要集中在20—1000Hz的频带上。2座舱噪声的控制方法传统的降噪方式也称被动或无源的降噪方法，主要包括吸声处理、隔声处理、使用消声器、振动的隔离和阻尼减振。其基本原理是通过噪声声波与声学材料或声学结构的相互作用消耗声能，转化为热能，从而达到降低噪声的目的。但是这种方式的降噪也具有明显的缺点，即整套

5、系统比较庞大笨重，对低频噪声的控制能力差，且会影响飞行器的整体性能，增加飞机的燃油消耗，不符合现代飞机的发展方向。为了应对以上挑战，需要一种新的降噪方式，这种方式应具备如下优点：对低频噪声降噪好；系统重量轻，且通常不需要修改飞机的现有结构设计；通过与传统降噪措施结合，在低频、高频段都能较好抑制噪声。近年来发展起来的振动噪声的主动控制技术符合以上的所有要求，因此也是目前最有前途的实现座舱噪声整体控制的解决方案。振动噪声主动控制技术及其发展历程振动噪声主动控制技术也称有源控制，这种控制方式是与上文中提到的无源和被动控制相对应的。具体到一个数字化的有源振动噪声控制系统

6、，其基本思想是通过控制器和数据采集系统对声场和结构振动进行跟踪并实时产生与原始声源和振源幅值相等、相位相反的次级声源和次级力源来抑制和消除噪声和振动。早在20世纪30年代，德国工程师Lueg就阐述了这种思想，即空气中的声速远小于电脉冲的速度，这意味着当声波从它被检测到的一点传输到它被控制的某点时，在电子电路中有足够长时间用于处理这个声信号和驱动控制单元。这段时间的富裕程度取决于噪声的类型、频率和系统的物理尺寸。早期这种思想基本是通过模拟电路来实现，信号处理主要采用延时、倒相、放大的方式。由于模拟电路的控制参数必须预先从理论和实验上确定，而且一经确定便不再改变，因

7、此这种控制方式只适用恒定的稳态场。但是对于实际声场，往往是不断变化的，基于以上思想的主动控制技术在20世纪80年代之前一直停滞不前。直到进入20世纪80年代，美国斯坦福大学的Widrow教授提出了自适应滤波的理论，并将这种理论应用于有源噪声抵消。同时高速数字信号处理器件的发展也为其思想提供了硬件平台，经过不断改进，产生了诸如Filtered—XLMS等经典算法。此后，有源振动噪声控制进入了一个快速发展时期。在国外，美外，南京大学声学所、中科院声学所、上海交通大学、西北工业大学等高等院校及研究所也从不同方面对该领域进行了广泛而深入的研究。飞机座舱的振动噪声主动控制

8、实例座舱内的声学环境不仅