民用飞机进近噪声级预测方法研究

赵传东　李金燕　沈响

摘 要：文章通过对民用飞机在进近阶段的噪声级进行预测，为民用飞机进近阶段的噪声级的适航合格审定提供技术支持。使用控制变量法，导出飞机进近噪声水平的算法，同时利用现有机型的公开数据，对此算法进行验证，得到其有效性。基于Microsoft Visual Studio 2010平台开发了一种算法程序来检测民用飞机的进近噪声水平，并将系统的检测结果与ESEA官网查询的数据进行比较，用以验证算法程序的有效性。结合新机型的参数数据，输入系统并得到其进近噪声级，将此数据与当前国际民航组织要求的最严格的进近噪声级相比较，判断新机型的噪声级是否满足适航要求，旨在降低民用飞机噪声合格审定成本，给飞机的设计和改进提供参考。

关键词：飞机噪声适航审定；控制物理变量；飞机进近噪声级预测

中图分类号：TB535 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）35-0120-03

Abstract： By predicting the noise level of civil aircraft in the approach phase， this paper provides technical support for the airworthiness certification of the noise level in the approach stage of civil aircraft. The control variable method is used to deduce the algorithm of aircraft approach noise level. At the same time， the validity of the algorithm is verified using the public data of existing aircraft types. Based on Microsoft Visual Studio 2010 platform， an algorithm program is developed to detect the approach noise level of civil aircraft， and the detection results are compared with the data queried by ESEA website to verify the effectiveness of the algorithm program. Based on the parameter data of the new aircraft type， the approach noise level is inputted into the system and compared with the most stringent approach noise level required by the current ICAO to determine whether the noise level of the new aircraft type meets the airworthiness requirements. The purpose of this paper is to reduce the cost of noise qualification for civil aircraft and to provide reference for the design and improvement of aircraft.

Keywords： aircraft noise airworthiness certification； control physical variables； aircraft approach noise level prediction

引言

二十一世纪以来，噪声污染对人类社会的影响越来越显著，已然与水污染和空气污染并称为三大环境污染，已经给人们的日常生活和工作带来麻烦和困扰。减少噪声污染带来的危害迫在眉睫，各个国家都在为社区的安宁做出各种努力。机场附近的噪声污染特别严重，给机场周围人民的生活和工作带来了麻烦，甚至引发了群众跟机场不可调和的矛盾，给机场的运营和发展带了负面作用。为了限制飞机噪声对人们生活的影响，国际民航组织制定了严格的噪声合格标准，用以降低飞机的噪声。本文之目的就是开发出噪声的预测算法和程序，在飞机进行噪声合格审定之前提供一定的参考，从而降低其成本。

1 飞机进近噪声级预测算法

1.1 基准飞机噪声测量点

根据国际民航组织附件16规定，对各种类型的飞机进行噪声合格审定时，首先要确定飞机的类型，例如涡扇发动飞机和涡桨发动机的飞机在测量进近噪声级时要采用不同的噪声测量方法。同时，要查询得到飞机的最大起飞重量（MTOW）、最大着陆重量（MLW）和发动机数等信息，以确定其噪声测量位置和测量方法。

本文主要介绍的是大型民用客机的噪声级测量，确定噪声测量方案后，选取三个位置，并安装噪声测量装置。三个位置分别为飞越、边线和进场，分别采集和计算噪声级后，得出其噪声级数值，从而可判断其噪声级是否满足限制的要求。

如图1所示，指示了飞机噪声测量点的位置。当飞机进行飞越噪聲测量时，噪声的测量点位于飞机跑道中心线沿飞行方向的延长线的地面上，且与飞机的滑跑点相距6500米。当飞机进行进场噪声测量时，噪声测量点位于跑道中心线与飞机飞行方向相反的延长线的地面上，且距离跑道入口点2000米。当飞机在飞过进场噪声测量点正上方时，其姿态必须以3度的坡度下滑，相对应的飞行高度为120米。当飞机进行边线噪声测量时，噪声的测量点位于跑道两侧的边线的地面上，这两条边线与跑道相平行且与之相距450米。为了快速爬升至巡航高度，飞机以全推力起飞并爬升，因此此处的噪声级数值是三个位置中最大的。

1.2 民用飞机进场噪声级算法

民用飞机进近适航噪声级数据为公开数据，可以在噪声型号认定书中查询得到。以空中客车A330客机为例，其适航噪声级数据均在欧洲航空安全局（EASA）官网查询得到。同时飞机的最大起飞重量（MTOM）和最大着陆重量（MLM）等数据也是公开的，可以在EASA官网查询得到。

根据飞机的飞行试验方法进行飞行试验，分别得到飞机进近噪声级与翼展、翼面载荷以及有效喷气速度之间的关系分别如图2、图3和图4所示。

1.3 飞机进近噪声级预测算法有效性的验证

在空客官网容易查得A320-215（CFM56-5B5/P）的数据，翼展b=35.8m，机翼面积A？棕=122.4m2，最大着陆重量MLM=66，000kg，由公式（1.2）可知，进近点机体噪声级为93.0EPNDB。对于A320-215（CFM56-5B5/P）飞机，根据发动机推力的限制，进近升阻比可估算为C1/Cd=18.3，升力系数估算为C1，ref=0.33。

根据公式（1.3）得到进近点发动机噪声级为90.0EPNDB

从EASA空客飞机噪声审定数据库中查到装配CFM56-5B5/P发动机的A320-215飞机进近点实测噪声级为EPNL=95.5EPNdB。通过进近噪声级算法预测的进近点噪声级与实际测量的绝对误差较小，表明计算结果的准确度较高，符合飞机进近噪声级预测的要求。

2 系统平台的开发

本文选择了Microsoft Visual Studio 2010平台，设计了民用飞机进近噪声级预测系统，基于之前得到的民用飞机进近噪声级理论算法，通过查询飞机的最大起飞重量、最大着陆重量、翼展和翼面面积等数据计算飞机的进近噪声级，从而快速而准确地预测民用飞机进近噪声级。Microsoft Visual Studio 2010软件功能强大，在数值计算方面可操作性很强，计算速度块，同时，Microsoft Visual Studio 2010在界面绘图功能方面的功能强大，在用户使用时，可以在界面的工具箱内调用工具，组合生成用户期望的界面和功能，使用者易于上手，熟练操作；在算法编辑方面，Microsoft Visual Studio 2010应用C#语言，容易编写计算程序，对输入的数据处理得到飞机噪声级，符合民航飞机进近噪声级计算的要求。

2.1 系统的总体结构

本文开发的系统主要实现两个功能：对现有机型的数据进行收集并计算其进近噪声级，与EASA的噪声数据进行对比，从而对民用飞机进近噪声级算法的有效性进行验证；同时，可以收集新机型的相关数据，通过此系统的计算对新机型的民用飞机进行进近噪声级的预测。系统功能结构如图5所示：

用户登录后，选择“已有机型进近噪声级算法有效性分析”后进入数据统计面板，将此机型的所需参数输入到系统点击计算，方可得出飞机进近噪声级。将此噪声级与此机型公开的噪声级实测值相比较得到绝对误差和相对误差并记录，输入多组机型参数并统计得到的误差值绘制成柱状图展示，验证此算法的有效性。

当用户选择“新机型进近噪声预测”功能后进入数据统计面板，将查询到的新机型的所需参数输入到系统点击计算，得到新机型的进近噪声级数据。然而，对于新机型的飞机还没有公开的噪声数据，只能跟此机型的竞争机型的噪声数据相比较，抑或按照最为严格的第四阶段噪声限制值比较，得出此机型的进近噪声级是否满足适航的要求。

只要飞机噪声数据足够多，就可以充分验证算法的有效性。图6、图7是利用本文的算法得出的飞机进近噪声级与实测值的比较柱状图，可以直观地看到绝大多数飞机的进近噪声级的预测值相对误差在±2EPN dB以内，符合进近噪声级预测的精准度要求。

从图6和图7可以看到，除了A340-600（Trent 500）以外，用本文的进近噪声级预测算法得到的噪声级与实际测量值的进近噪声级的绝对误差绝大部分在±2EPN dB内，相对误差很小，表明此算法对现飞机进近噪声级的预测具有很高的可信度。

3 结束语

研究与进近噪声级相关的物理参数（包括公开参数和估算参数的准备），通过理论推导，得出进近噪声级预测算法的理论公式，并对现有机型的进近噪声级进行计算，与实际测量进近噪声级相比较验证了该算法的有效性，对于新机型噪声适航审定提供技术上的支持，旨在降低噪声合格审定的成本。

參考文献：

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[2]张晓亮，张跃林，宋国智.大型民用飞机噪声适航合格审定试飞方法研究[J].噪声与振动控制，2014.

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适航合格审定噪声规定[S].北京：中国民用航空局，2007.