噪声技术在航空发动机中的运用

◎许荣兵

航空工业一直是重点工业之一，尤其航空飞机有着方便快捷、安全高效等方面的诸多优势。随着飞机的载货量和载客量逐渐增长，航空发动机功率也在不断提高，噪声污染也就随之增加。飞机的噪声问题一直是人们比较关注的问题，噪声过高会对人们的身体健康造成诸多不适，对于飞机制造来说，如何控制发动机噪声已经逐渐成为技术人员所研究的重点内容，旨在降低航空发动机噪声，建造出更为安静的航空发动机。

一、航空发动机的噪声分类

目前民航飞机的发动机噪声主要分为以下几种类型：风扇噪声、涡轮噪声、喷流噪声以及燃烧噪声等。另外，还有机械振动噪声、轴承噪声等多种噪声类型。

风扇噪声：风扇噪声是航空发动机中比较重要的噪声源之一，是民航发动机制造中主要噪声控制点。当发动机在工作时，主要从两个方面会产生风扇噪声。一方面，当风扇在高速转动时，与空气接触后会产生比较多的涡流，这些涡流会在力的作用下产生多个子涡流，这些涡流及分裂出来的子涡流会与空气发生碰撞，从而出现比较大的噪声；另一方面，发动机的风扇叶片在高度旋转时，会与空气发生碰撞，叶片会将空气快速进行切割，这样就会出现比较风扇噪声。当发动机满负荷运行时，噪声分贝会更高。如果按照发动机的转速进行分类，在发动机风扇转速较快时，主要表现出的是旋转噪声，而转速偏低时，通常表现出来的是涡流噪声。

喷流噪声：喷流噪声是航空发动机的主要噪声源之一，尤其在民航飞机中表现的更为突出。在发动机喷口处喷射出来的高速气流会与空气出现快速扰动，这样就在空气中出现了比较大的气流，从而产生了噪声。喷流噪声主要分为两种，一种是高频噪声，另一种是低频噪声。当发动机的喷流越大、速度越高，则产生的噪声越大。随着科学技术的不断发展，飞机制造事业也迎来了比较大的转变，现阶段的民用航空发动机也在逐渐增大涵道比。涵道比逐渐增多，发动机的喷流速度随之降低，这样噪声也就逐渐降低。

燃烧噪声：燃烧噪声也是航空发动机中噪声的主要来源。燃烧噪声的产生有比较多的来源，主要来源是燃料在燃烧过程中产生的，产生地点为燃烧室。当燃烧室内的压力出现比较明显的无规律变化，就会出现燃烧噪声。虽然可能诱发燃烧噪声产生因素比较多，但是可以确定的是，让发动机燃烧室内的燃料燃烧更充分，产生的燃烧扰动越小，则产生的燃烧噪声就越低。燃烧室产生的噪声主要可以分为两种，一种是直接噪声，另一种是间接噪声。

二、噪声技术在航空发动机中的运用分析

1.燃烧噪声的抑制技术分析。

航空发动机的燃烧室主要分为主燃烧区和混合燃烧区。随着发动机制造技术的不断成熟，燃烧噪声的抑制效果也变得更为明显。航空发动机的燃烧室进口温度也逐渐提升，同时燃烧室的整体尺寸也有了比较大的转变，燃烧室长度变得更短。现阶段的航空发动机燃烧室温度升高要求有了新的变化，这样就使得燃烧噪声问题更明显，对于燃烧噪声的抑制技术创新也有了更高要求。但从现阶段的实际情况来看，发动机燃烧室的噪声抑制技术仍然有比较大的提升空间。

首先，燃烧室噪声的声源在发动机的核心机内部，由于核心机结构的复杂性和外部压气机、涡轮叶片的阻挡，发动机燃烧室噪声在传播过程中会发生声能和声压上的衰减，辐射到远场的燃烧室噪声可以认为不是航空发动机的主要噪声源；其次，当航空发动机的功率在一个大范围内变化时，燃烧室噪声的变化范围很小，使用吸声装置能够有效的减小发动机的噪声。

考虑到发动机燃烧室噪声的降噪措施，可以采用以下几种方法；均匀喷油，保证燃烧时的放热率，减小燃气的密度脉动；使用多个喷油嘴，减小气流压力脉动；使用环形燃烧室；让燃油和空气充分混合，保证火焰的稳定性；安装吸声装置，减少排气管道内的燃烧室噪声。

2.喷流噪声的抑制技术分析。

喷流速度大小对喷流噪声有着举足轻重的影响，有着8 次方的正比关系，因此，适当降低喷流速度可以大幅度的减少喷流噪声，是简单而且有效的噪声抑制技术。从过去喷气时代到现在大型涡轮风扇发动机时代，发动机的涵道比不断增加，喷流噪声也从最初占发动机噪声主导地位变成现在与叶轮机噪声等相当的数量级。在发动机性能方面，如果只降低发动机的喷气速度，那么发动机的推力会大幅度减小，增加涵道比正好解决了发动机推力减小的问题，提高了发动机的进气流量，不仅弥补了推力的损失，而且增加了发动机的推力。随着涵道比增加，喷流噪声显著减小。

3.风扇噪声及涡轮噪声的抑制技术分析。

首先，增大涵道比，并用单级风扇代替多级风扇。增大润扇发动机的通道比，其结果是降低了喷流速度从而降低了喷流噪声，同时经济性也得到改善高通道比涡璃发动机，风扇噪声占主导地位，在设计中考虑用单缓风扇代替多级风扇，将使风扇噪声有明显下降，从而降低发动机总噪声级。随着桶道比的增大，风扇噪声略有增加。这是由于风扇尺寸增大，风扇中空气流量增大的缘故。

首先，对于风扇、压气机和涡轮，采用的主要降噪措施是：改多级风扇设计为单级风扇；恰当选取转子和静子的叶片数目，这个参数决定了管内干涉噪声能否被“截止”；适当增大转子和静子间的轴向间歇，以减小气流扰动强度；尽可能使进口流场均匀，减小来流畸变。在设计低噪风扇、压气机和涡轮时，还需要考虑转子叶片的叶尖速度、叶片间距、后掠角、级压比、轮毂比以及叶片弦长等几何参数。

结语：航空运输业的快速发展，以及航空发动机技术的逐渐成熟，人们对于航空发动机的噪声关注度更高，解决航空发动机噪声问题也变得更为紧迫。要想做好航空发动机的噪声抑制，就需要对航空发动机噪声源进行全面分析，对噪声的产生原理以及噪声的传播特点等方面进行分析，同时不断完成对噪声技术的创新，建立更为科学的数据分析模型，这样才能实现降低发动机噪声的目的，并推动航空事业的健康发展。