确定切入飞行等效剖面的方法研究

2014-12-05闫国华段子瑜

噪声与振动控制 2014年3期

闫国华，段子瑜

(中国民航大学航空工程学院，天津 300300)

随着民航事业的蓬勃发展以及人们环保意识的普遍提高，飞机噪声[1]问题逐渐引起了各国政府以及环保组织的重视，国际民航组织制定了航空器噪声审定的建议标准——《环境保护国际标准和建议措施》[2]，把航空器按噪声水平分成第一、二、三标准的飞机。为了促进国内航空工业的健康发展并避免发达国家和地区淘汰的不符合3阶段标准的飞机流入我国而受到运行限制，造成更大的经济损失和环境压力，中国民用航空总局制定并颁布了中国民用航空规章《航空器型号和适航合格审定噪声规定》（CCAR-36）[3]。

航空器噪声合格审定程序[4]中规定，进行有效的噪声合格审定，必须测量航空器的进场、横侧和起飞噪声级，而且测量点的位置也有严格的要求。如图1，进场基准噪声测量点位于跑道中心线延长线上离跑道入口2 000 m处，起飞基准噪声测量点位于跑道中心线延长线离开始起飞滑跑点6 500 m处，横侧基准噪声测量点位于与跑道中心线延长线平行并距该延长线450 m的边线上的一点，起飞时飞机离地后在该点的噪声级最大。

图2说明了一个典型的基准飞机起飞剖面图[5,6]，飞机从A点松开刹车开始在地面滑跑到B点，从B点开始离地加油以恒定的爬升角持续爬升，直到到达F点实验结束。C点为10 dB降区间外前点，也是下文中所述的切入飞行程序切入点，F点为10 dB降区间外后点。

但是使用基准飞行程序测量飞机噪声对试验场地的要求严苛，且单次飞行耗费的人力、物力资源高，试验时间长，如果使用切入飞行程序，则无需进行实际起飞和着陆，从而在总质量较高时具有很大的成本和运营上的优势，并可大幅降低所需的试验时间。场地选择问题可得到缓解，同时试验时间较短使试验期间气象条件稳定的可能性更高。降低飞机磨损和油耗，而使噪声数据的一致性和质量提高。

图1 基准航迹程序

图2 基准起飞航迹程序

在包含全推力起飞和减推力(功率)的各种推力(功率)情况下，飞机根据切入程序飞经横侧的和位于飞行航迹下方的传声器。图3是起飞试验等效起飞航迹程序，其中点C为等效切入点，飞机从A点保持恒定的高度飞到B点，从B点开始加油持续爬升，到C点后以恒定的爬升角爬升，在C点与起飞基准航迹交汇一直持续到噪声评审起飞基准航迹的终点。D点是理论起飞离地点，用来建立基准航迹。如果采用减推力，那么E点就是减推力起始点。F点为噪声评审起飞航迹的终点。

噪声合格审定试验期间，飞机在经批准的位于点C和点F之间的飞行航迹范围(见图2)之外飞行时所获得的噪声测量值被视为是无效的，要重复进行噪声测量。

在确定切入点C之前首先需要了解PNLTM（最大纯音修正感觉噪声级）的计算方法以及10 dB降的概念。

1 最大纯音修正感觉噪声级

1.1 瞬时感觉噪声级

图3 切入飞行程序

在得到最大纯音修正感觉噪声级之前需要先计算出瞬时感觉噪声级PNL(k)，必须由各三分之一倍频程的瞬时声压级SPL(i,k)算出：

(1)使用呐表的数学公式，将50 Hz至10 kHz范围内的各三分之一倍频程的SPL(i,k)换算成感觉噪度n(i,k)；

(2)用下列公式，将第一步求得的感觉噪度值n(i,k)相加

式中n(k)是24个n(i,k)值中的最大值，N(k)为总感觉噪度；

(3)用下列公式，将总感觉噪度N(k)换算成感觉噪声级PNL(k)

1.2 纯音修正

考虑到人们对频谱不规则性的主观反应，对每一个频谱都要计算纯音修正因子C(k)。

在每0.5 s时间段上，将纯音修正因子与感觉噪声级相加，得到纯音修正感觉噪声级为

计算出所有纯音修正感觉噪声级的瞬时值，并确定其最大值PNLTM。

2 噪声持续时间（10 dB降区间）

该期间为航空器起飞越顶时所测噪声级与PNLTM的差值在10 dB以内的这段时间(即用于计算EPNL的这段持续时间)。当第一个传感器所处位置处的噪声级估计比预计的LAmax大约低20 dB(A)时，为了确保所记录噪声的持续时间足够长，应启动记录系统，并且航空器保持一个稳定的状态。在使用飞行航迹切入方法期间，应注意确保在启动飞行航迹复飞程序之前，噪声级就已经下降到比LAmax大约低20 dB。

在确定对噪声持续时间内的界限加以规定的各个记录时，应该使用那些与实际PNLTM-10 dB值最接近的PNLT值的记录。因此，PNLTM-10 dB各点处的PNLT值可能并不会总是大于或者等于PNLTM-10 dB。

为了说明如何正确地确定各个10 dB降点，图4、图5中对PNLT时间历程做了举例。该时间历程根据1/2 s SPL测量值计算出的各记录组成。阴影部分的记录KM表示与PNLTM相关的记录。阴影部分的记录KF和KL分别表示第一个和最后一个10 dB降点。

在第一个例子中，与KF相关的PNLT值大于PNLTM-10。与KL相关的PNLT值小于PNLTM-10。

在第二个例子中，在KM后有两个记录的值等于PNLTM-10。在此情况下，KL为这两个记录的最后一个。第一个10 dB降点KF为与PNLTM-10之值最为接近的记录，可忽略位于该点之前的数值更大但却小于PNLTM-10之值的任何记录。

图4 10 dB降示例1

图5 10 dB降示例2

3 确定飞行切入点C

为了更好的了解等效飞行程序飞行切入点的获得，下面举一个实例，详细说明如何确定等效飞行切入点C。首先试验场地和大气环境均达到噪声试验规定要求，试验仪器和设备满足CCAR-36规定。表一为测得的某型飞机基准起飞数据。

如图6所示，T0为飞机离地点，T1为最大纯音修正感觉噪声级测量时间，V为飞机起飞速度，V1为起飞速度的水平投影速度，C为飞机飞行程序切入点，H为测量得到最大纯音修正感觉噪声级对应飞机的高度。

由于人为因素以及环境影响，每次飞行试验存在一定的误差，造成数据在允许范围内的变动，根据表1中的数据，对于3.3.10 c。

飞机起飞地面投影速度

已知飞机的爬升角度

表1 某型飞机基准起飞数据

图6 基准起飞剖面图

由最大纯音修正感觉噪声级PNLTM可记算出第一个10 dB降和最后一个10 dB降对应的测量点及测量时间，由于切入点C应选在第一个10 dB降之前且在启动飞行航迹复飞程序之前，噪声级需下降到比LAmax大约低20 dB，再根据几何关系便可以求出3.3.10 c对应的切入点C的位置。通过分别计算表中各个飞行编号所对应的C的位置便可以得到切入点C的空间范围，切入点确定之后，便可以得出整个切入飞行的等效剖面。