閆國華，段子瑜

(中國民航大學(xué) 航空工程學(xué)院，天津 300300)

隨著民航事業(yè)的蓬勃發(fā)展以及人們環(huán)保意識的普遍提高，飛機(jī)噪聲[1]問題逐漸引起了各國政府以及環(huán)保組織的重視，國際民航組織制定了航空器噪聲審定的建議標(biāo)準(zhǔn)——《環(huán)境保護(hù)國際標(biāo)準(zhǔn)和建議措施》[2]，把航空器按噪聲水平分成第一、二、三標(biāo)準(zhǔn)的飛機(jī)。為了促進(jìn)國內(nèi)航空工業(yè)的健康發(fā)展并避免發(fā)達(dá)國家和地區(qū)淘汰的不符合3階段標(biāo)準(zhǔn)的飛機(jī)流入我國而受到運行限制，造成更大的經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境壓力，中國民用航空總局制定并頒布了中國民用航空規(guī)章《航空器型號和適航合格審定噪聲規(guī)定》（CCAR-36）[3]。

航空器噪聲合格審定程序[4]中規(guī)定，進(jìn)行有效的噪聲合格審定，必須測量航空器的進(jìn)場、橫側(cè)和起飛噪聲級，而且測量點的位置也有嚴(yán)格的要求。如圖1，進(jìn)場基準(zhǔn)噪聲測量點位于跑道中心線延長線上離跑道入口2 000 m處，起飛基準(zhǔn)噪聲測量點位于跑道中心線延長線離開始起飛滑跑點6 500 m處，橫側(cè)基準(zhǔn)噪聲測量點位于與跑道中心線延長線平行并距該延長線450 m的邊線上的一點，起飛時飛機(jī)離地后在該點的噪聲級最大。

圖2說明了一個典型的基準(zhǔn)飛機(jī)起飛剖面圖[5,6]，飛機(jī)從A點松開剎車開始在地面滑跑到B點，從B點開始離地加油以恒定的爬升角持續(xù)爬升，直到到達(dá)F點實驗結(jié)束。C點為10 dB降區(qū)間外前點，也是下文中所述的切入飛行程序切入點，F(xiàn)點為10 dB降區(qū)間外后點。

但是使用基準(zhǔn)飛行程序測量飛機(jī)噪聲對試驗場地的要求嚴(yán)苛，且單次飛行耗費的人力、物力資源高，試驗時間長，如果使用切入飛行程序，則無需進(jìn)行實際起飛和著陸，從而在總質(zhì)量較高時具有很大的成本和運營上的優(yōu)勢，并可大幅降低所需的試驗時間。場地選擇問題可得到緩解，同時試驗時間較短使試驗期間氣象條件穩(wěn)定的可能性更高。降低飛機(jī)磨損和油耗，而使噪聲數(shù)據(jù)的一致性和質(zhì)量提高。

圖1 基準(zhǔn)航跡程序

圖2 基準(zhǔn)起飛航跡程序

在包含全推力起飛和減推力(功率)的各種推力(功率)情況下，飛機(jī)根據(jù)切入程序飛經(jīng)橫側(cè)的和位于飛行航跡下方的傳聲器。圖3是起飛試驗等效起飛航跡程序，其中點C為等效切入點，飛機(jī)從A點保持恒定的高度飛到B點，從B點開始加油持續(xù)爬升，到C點后以恒定的爬升角爬升，在C點與起飛基準(zhǔn)航跡交匯一直持續(xù)到噪聲評審起飛基準(zhǔn)航跡的終點。D點是理論起飛離地點，用來建立基準(zhǔn)航跡。如果采用減推力，那么E點就是減推力起始點。F點為噪聲評審起飛航跡的終點。

噪聲合格審定試驗期間，飛機(jī)在經(jīng)批準(zhǔn)的位于點C和點F之間的飛行航跡范圍(見圖2)之外飛行時所獲得的噪聲測量值被視為是無效的，要重復(fù)進(jìn)行噪聲測量。

在確定切入點C之前首先需要了解PNLTM（最大純音修正感覺噪聲級）的計算方法以及10 dB降的概念。

1 最大純音修正感覺噪聲級

1.1 瞬時感覺噪聲級

圖3 切入飛行程序

在得到最大純音修正感覺噪聲級之前需要先計算出瞬時感覺噪聲級PNL(k)，必須由各三分之一倍頻程的瞬時聲壓級SPL(i,k)算出：

(1)使用吶表的數(shù)學(xué)公式，將50 Hz至10 kHz范圍內(nèi)的各三分之一倍頻程的SPL(i,k)換算成感覺噪度n(i,k)；

(2)用下列公式，將第一步求得的感覺噪度值n(i,k)相加

式中n(k)是24個n(i,k)值中的最大值，N(k)為總感覺噪度；

(3)用下列公式，將總感覺噪度N(k)換算成感覺噪聲級PNL(k)

1.2 純音修正

考慮到人們對頻譜不規(guī)則性的主觀反應(yīng)，對每一個頻譜都要計算純音修正因子C(k)。

在每0.5 s時間段上，將純音修正因子與感覺噪聲級相加，得到純音修正感覺噪聲級為

計算出所有純音修正感覺噪聲級的瞬時值，并確定其最大值PNLTM。

2 噪聲持續(xù)時間（10 dB降區(qū)間）

該期間為航空器起飛越頂時所測噪聲級與PNLTM的差值在10 dB以內(nèi)的這段時間(即用于計算EPNL的這段持續(xù)時間)。當(dāng)?shù)谝粋€傳感器所處位置處的噪聲級估計比預(yù)計的LAmax大約低20 dB(A)時，為了確保所記錄噪聲的持續(xù)時間足夠長，應(yīng)啟動記錄系統(tǒng)，并且航空器保持一個穩(wěn)定的狀態(tài)。在使用飛行航跡切入方法期間，應(yīng)注意確保在啟動飛行航跡復(fù)飛程序之前，噪聲級就已經(jīng)下降到比LAmax大約低20 dB。

在確定對噪聲持續(xù)時間內(nèi)的界限加以規(guī)定的各個記錄時，應(yīng)該使用那些與實際PNLTM-10 dB值最接近的PNLT值的記錄。因此，PNLTM-10 dB各點處的PNLT值可能并不會總是大于或者等于PNLTM-10 dB。

為了說明如何正確地確定各個10 dB降點，圖4、圖5中對PNLT時間歷程做了舉例。該時間歷程根據(jù)1/2 s SPL測量值計算出的各記錄組成。陰影部分的記錄KM表示與PNLTM相關(guān)的記錄。陰影部分的記錄KF和KL分別表示第一個和最后一個10 dB降點。

在第一個例子中，與KF相關(guān)的PNLT值大于PNLTM-10。與KL相關(guān)的PNLT值小于PNLTM-10。

在第二個例子中，在KM后有兩個記錄的值等于PNLTM-10。在此情況下，KL為這兩個記錄的最后一個。第一個10 dB降點KF為與PNLTM-10之值最為接近的記錄，可忽略位于該點之前的數(shù)值更大但卻小于PNLTM-10之值的任何記錄。

圖4 10 dB降示例1

圖5 10 dB降示例2

3 確定飛行切入點C

為了更好的了解等效飛行程序飛行切入點的獲得，下面舉一個實例，詳細(xì)說明如何確定等效飛行切入點C。首先試驗場地和大氣環(huán)境均達(dá)到噪聲試驗規(guī)定要求，試驗儀器和設(shè)備滿足CCAR-36規(guī)定。表一為測得的某型飛機(jī)基準(zhǔn)起飛數(shù)據(jù)。

如圖6所示，T0為飛機(jī)離地點，T1為最大純音修正感覺噪聲級測量時間，V為飛機(jī)起飛速度，V1為起飛速度的水平投影速度，C為飛機(jī)飛行程序切入點，H為測量得到最大純音修正感覺噪聲級對應(yīng)飛機(jī)的高度。

由于人為因素以及環(huán)境影響，每次飛行試驗存在一定的誤差，造成數(shù)據(jù)在允許范圍內(nèi)的變動，根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)，對于3.3.10 c。

飛機(jī)起飛地面投影速度

已知飛機(jī)的爬升角度

表1 某型飛機(jī)基準(zhǔn)起飛數(shù)據(jù)

圖6 基準(zhǔn)起飛剖面圖

由最大純音修正感覺噪聲級PNLTM可記算出第一個10 dB降和最后一個10 dB降對應(yīng)的測量點及測量時間，由于切入點C應(yīng)選在第一個10 dB降之前且在啟動飛行航跡復(fù)飛程序之前，噪聲級需下降到比LAmax大約低20 dB，再根據(jù)幾何關(guān)系便可以求出3.3.10 c對應(yīng)的切入點C的位置。通過分別計算表中各個飛行編號所對應(yīng)的C的位置便可以得到切入點C的空間范圍，切入點確定之后，便可以得出整個切入飛行的等效剖面。

4 結(jié)語

通過對切入飛行程序的研究著重介紹了最大純音修正感覺噪聲級PNLTM的計算方法以及通過最大純音修正感覺噪聲級如何確定10 dB降區(qū)間，利用幾何關(guān)系求出切入點C的位置，最終確定整個切入飛行等效剖面。等效剖面的確定為噪聲適航審定試驗提供了重要的參考依據(jù)。

[1]唐狄毅，李文蘭，喬渭陽.飛機(jī)噪聲基礎(chǔ)[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，1995.

[2]ICAO,ANNEX 16 VOLUME I.International standards and recommended practices，aircraft noise[S].Montreal,1993.

[3]CCAR-36-AC.中國民航規(guī)章36部咨詢通告[S].2008.

[4]CCAR-36-AC(附件).中國民航規(guī)章36部咨詢通告（附件）[S].2008.

[5]FAA,FAR 36,Noise standards:aircraft type and airworthiness certification[S].2003.

[6]ECAC,CEAC.Report on standard method of computing noise contours around civil airports,volume2:technical.guide[S].ECAC.CEAC,3 rd Edition,2005.