飞行条件下飞机表面声载荷测试方法研究

焦丽娟

摘 要：文章对飞行条件下飞机表面声载荷测试方法进行了研究。为了降低表面传声器安装产生的额外气动噪声，给出了采用过渡圆盘安装表面传声器的方法，并对飞行过程中其他测试设备的安装及固定方法进行了介绍。另外还对测试步骤以及数据处理方法进行了研究。最后，对飞行过程中表面传声器安装和环境变化对测试结果产生的影响的修正方法进行了研究，以最大的程度还原机体表面的真实声载荷。

关键词：噪声测试；表面声载荷；测试方法

中图分类号：V216.5 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）29-0142-02

Abstract： In this paper， the test method of acoustic load on aircraft surface under flight condition is studied. In order to reduce the extra aerodynamic noise caused by the installation of the surface microphone， the method of installing the surface microphone with the transitional disc is given， and the installation and fixing methods of other test equipment during the flight are introduced. In addition， the test steps and data processing methods are also studied. Finally， the modification method of the influence of the surface microphone installation and environmental changes on the test results during the flight process is studied， in order to maximize the reduction of the real sound load on the surface of the body.

Keywords： noise test； surface acoustic load； test method

1 概述

声载荷测试是飞机飞行噪声测试的重要内容，其测试结果对声疲劳试验、舱内噪声控制、部件抗疲劳设计等都具有非常重要的参考价值。飞机噪声载荷主要有两类：一类是飞机发动机噪声，另一类是机体表面噪声。由于飞机结构表面声载荷测试的复杂性，不仅需要采用高声强表面传声器、数据采集与分析仪器等主要仪器设备，而且还需要供电、环境数据测量等辅助设备构成测量链进行测试。本文对飞行条件下飞机表面声载荷测试方法进行了研究。

2 测试系统

飞行状态下机体表面声载荷测试所用仪器主要包括：活塞发声器、表面传声器、数据采集器、采集器专用蓄电池、笔记本电脑。测量系统框图如图1所示。

3 设备安装

3.1 表面传声器的粘贴

在测量机体结构表面的声载荷时，由于表面的不平整性会产生额外的气动噪声，因此进行测量时应使传声器敏感面与机体表面平齐，或采用过渡装置降低对表面流场的干扰。为了得到可信的统计结果，一般还需要进行多个起落的飞行测量。

表面传声器安装方式一般有两种，一是在原有机身蒙皮上附加一层金属面板，并在其上打孔进行传声器的安装，这种方法能最大限度降低对流场的扰动，但是需要对结构进行改动，在一般的飞行测试中这是不允许的；二是采用过渡圆盘进行安装，这种方法不需要对机体表面结构进行改动，安装方便，是现在普遍采用的方法，安装示意图和效果图分别如图2、图3所示。但是传声器的固定方式、过渡圆盘的尺寸都会对测试结果产生一定的影响，实际应用时需要针对不同的飞行速度开展相应的试验研究，确定不同飞行速度下的修正量，从而保证外表面噪声测试的准确性。

3.2 数据采集器安装

固定飞机舱内的测试仪器，包括数据采集器、专用蓄电池、测量信号线。可以采用白布带扎紧和胶带粘贴固定的方式，使测试仪器在舱内固定牢固，飞机飞行期间不能出现任何滑动。

3.3 传声器引出电缆布线及保护

测点布线用耐温胶带粘贴在机体表面，通过机体表面的缝隙或小孔进入舱内與数据采集器连接。高温处测点需采用耐高温线。

4 测试过程

飞机起飞滑跑前，测量系统时间和飞机上GPS时间对准，设置采集器为独立工作模式，然后使采集器开始采集工作，拆下笔记本剩下采集器和专用蓄电池一起工作。

飞行测试时，舱内没有噪声测试人员，噪声测量系统按预设的参数自动采集声载荷。试验设备（包括专用蓄电池、采集器）及它们之间的连线在飞机舱内固定好，保证在各飞行阶段试验设备不会出现滑动。

一个飞行架次，采集器连续不间断测试记录声载荷，形成一个记录数据文件。飞机降落后，及时停止采集器工作，检查记录数据文件的有效性。飞行测试完成后尽快获取与测试有关的飞行参数，通过飞行参数和试验数据的对比可区分不同的测量状态。

5 数据处理

进行数据处理前，对每个状态的数据进行时域检查。对于飞行测试数据，特别是多个状态连续记录在一个文件中，首先按照飞行参数划分各状态，其次在每个状态中，对于变化较大的时域数据，依据总声压级差不大于3dB原则对该状态测量数据进行分段处理。

频域数据处理采用经典谱估计方法，平均方式为谱平均，给出功率谱密度（PSD）。倍频程和1/3倍频程谱的平均方式为谱平均，同时给出20Hz～10kHz的总声压级，给出倍频程和1/3倍频程谱。数据处理流程图如图4所示。

6 测试结果修正

飞机在空中飞行时，外表面粘贴的表面传声器会遇到高速气流，高空飞行时还会遇到低温。这些因素会影响测量结果，在飞行测试结果中应予修正。

6.1 表面传声器安装影响测量结果的修正

表面传声器安装在飞机外表面，虽然安装了过渡圆盘，遇高速气流还会产生附加噪声。

为了估算带过渡圆盘安装方式产生附加噪声的大小，需要在带气流全消声室进行了地面模拟试验。首先，安装表面传声器使传声器膜片和平板表面平齐，放在气流条件下测量噪声；其次，按飞机上的安装方式，即在平板上通过过渡圆盘安装方式安装表面传声器，放在气流条件下测量噪声，模拟实验照片如图5所示。比较两种不同安装方式下的测量结果，可得到附加噪声的大小。相同马赫数下，两种不同安装方式测得的噪声值相减，得到附加噪声的修正量。对不同马赫数下修正量，用最小二乘法插值或外推，可得到其他马赫数下的修正量。

6.2 压力、温度变化影响测量结果的修正

飞行测试时表面传声器所处环境和地面测试所处环境有很大差别，环境参数压力、温度会有较大变化。压力、温度变化会影响测量结果，所以需要对测量结果做修正。

B&K;公司给出了表面传声器的有关修正系数，压力修正系数为-0.007dB/kPa，温度修正系数为0.013dB/℃。

7 结束语

本文针对飞行条件下飞机表面声载荷测试，给出了测试准备、测试过程以及测试数据后处理和修正的具体方法，对进行该试验起到了指导作用。

参考文献：

[1]航空器型号和适航合格审定噪声规定[S].中国民用航空局.

[2]陈克安.声学测量[M].西安：西北工业大学出版社，2001.

[3]姚起杭.飞机噪声工程[M].西安：西北工业大学出版社，1998.