楊明綏，劉凱，賈平芳，王萌，閆海蛟，馮敏

(中國(guó)航發(fā)沈陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)研究所，沈陽(yáng)110015)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)噪聲環(huán)境測(cè)試研究

楊明綏，劉凱，賈平芳，王萌，閆海蛟，馮敏

(中國(guó)航發(fā)沈陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)研究所，沈陽(yáng)110015)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)噪聲控制是試車臺(tái)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一，如何針對(duì)現(xiàn)有典型試車臺(tái)開展噪聲環(huán)境測(cè)試和評(píng)估，是航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)噪聲環(huán)境研究的一項(xiàng)重要內(nèi)容，是設(shè)計(jì)和評(píng)估高品質(zhì)試車臺(tái)的重要技術(shù)手段。在我國(guó)典型試車臺(tái)上，針對(duì)大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)開展噪聲測(cè)試和綜合分析，分別完成了發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲源特性分析、進(jìn)排氣塔消聲和隔聲分析、周圍環(huán)境噪聲分析等，并對(duì)試車臺(tái)降噪設(shè)計(jì)關(guān)鍵問題進(jìn)行了探討，對(duì)今后試車臺(tái)的降噪設(shè)計(jì)具有重要借鑒意義。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)；噪聲控制；噪聲測(cè)試；大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)；噪聲源分析；進(jìn)氣塔；排氣塔

1 引言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試車是發(fā)動(dòng)機(jī)研制過程中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，貫穿于發(fā)動(dòng)機(jī)的預(yù)研、研制、生產(chǎn)和使用、改進(jìn)和改型等全過程。因此，國(guó)內(nèi)外對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)的設(shè)計(jì)十分重視，投入大量人力物力進(jìn)行科研攻關(guān)，以滿足不同類型、型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)試車試驗(yàn)要求。然而值得注意的是，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)的選址和建造過程中，噪聲控制儼然已成為試車臺(tái)建設(shè)的一項(xiàng)十分重要的技術(shù)內(nèi)容，以及試車臺(tái)建設(shè)是否符合規(guī)范、設(shè)計(jì)是否先進(jìn)的重要考核標(biāo)準(zhǔn)[1-2]。這是由于國(guó)內(nèi)外航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)設(shè)計(jì)規(guī)范中，均對(duì)操縱間、準(zhǔn)備待試間、進(jìn)排氣塔外場(chǎng)30.0 m等處的噪聲限值有明確的規(guī)定[3-5]。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲與一般聲源產(chǎn)生的噪聲不同，其具有強(qiáng)度大、聲壓級(jí)高、頻譜(帶)范圍寬、危害廣的特點(diǎn)，使得航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)的噪聲治理難度極大。隨著我國(guó)對(duì)噪聲污染問題的日益重視，加之新研制發(fā)動(dòng)機(jī)向著流量大、推力高、葉尖馬赫數(shù)大、噴流排氣速度高等方向發(fā)展，必將使得航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)的噪聲控制難度加大，經(jīng)費(fèi)耗費(fèi)巨大。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，通常整個(gè)試車臺(tái)降噪設(shè)施所需經(jīng)費(fèi)約占總基建投資的三分之一[6]。如2007年羅·羅公司建設(shè)的58號(hào)大型試車臺(tái)，采用了具有降噪功能的雙層頂蓋結(jié)構(gòu)(包含11 000 m3的混凝土結(jié)構(gòu)及容量達(dá)1 000 t的進(jìn)排氣消聲裝置)，耗費(fèi)巨大。而我國(guó)的上海航空發(fā)動(dòng)機(jī)露天試車臺(tái)和西安266號(hào)試車臺(tái)，建成后因初期選址及論證等原因無法正常投入使用，使國(guó)家資源得不到充分合理利用[7]。因此，噪聲問題已逐漸在試車臺(tái)論證初期引起國(guó)內(nèi)外的關(guān)注，需要在設(shè)計(jì)之初就進(jìn)行詳細(xì)論證，有針對(duì)性地開展降噪設(shè)計(jì)。

對(duì)聲源特性的準(zhǔn)確把握和合理的降噪設(shè)計(jì)，是航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)降噪的兩個(gè)關(guān)鍵問題，國(guó)內(nèi)對(duì)此進(jìn)行了大量研究。1993年，張?jiān)躘8]對(duì)停放在停機(jī)坪上的東方航空公司的飛機(jī)上的B1213發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了遠(yuǎn)場(chǎng)噪聲測(cè)試。1994年，606所對(duì)該機(jī)遠(yuǎn)場(chǎng)噪聲信號(hào)進(jìn)行了1/3倍頻程頻譜分析。金業(yè)壯等[9]對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試車噪聲進(jìn)行了聲壓級(jí)測(cè)量，通過細(xì)化譜分析等定性和定量手段，獲取了該發(fā)動(dòng)機(jī)的聲學(xué)特性。1996年，孫松嶺等[10]對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)試車時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生噪聲的機(jī)理及頻譜特性進(jìn)行了細(xì)致的分析和研究，得到了試車臺(tái)噪聲主要是呈現(xiàn)中高頻頻率特性、連續(xù)寬帶的空氣動(dòng)力性噪聲的結(jié)論。1999年，沙云東等[11]結(jié)合渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)進(jìn)行了聲強(qiáng)測(cè)量和聲源識(shí)別，討論了該型發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲級(jí)、主要噪聲源及其特征，并進(jìn)一步指出：低轉(zhuǎn)速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲以壓氣機(jī)葉片通過頻率處的離散純音為主，隨著轉(zhuǎn)速的增加噴流聲上升為主要成分，轉(zhuǎn)速最大時(shí)壓氣機(jī)離散純音在高頻段仍有出現(xiàn)，但噴流噪聲占絕對(duì)主導(dǎo)，噴流噪聲峰值頻帶集中在250～1 000 Hz，中間狀態(tài)時(shí)最高聲強(qiáng)級(jí)達(dá)150 dB，最大聲功率達(dá)160 dB。2006年，黃晶晶等[12]基于航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)噪聲的聲功率譜分析技術(shù)，對(duì)渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)試車噪聲的聲功率譜進(jìn)行了分析；2012年，王娜等[1]為掌握渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)在室內(nèi)試車時(shí)的噪聲特性，并檢驗(yàn)試車臺(tái)建筑物和各項(xiàng)降噪設(shè)備的效果，對(duì)某新建試車臺(tái)的聲環(huán)境進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，獲取了試車臺(tái)內(nèi)、外環(huán)境噪聲數(shù)據(jù)及各項(xiàng)降噪設(shè)備的降噪效果。在降噪設(shè)計(jì)方面，試車臺(tái)的進(jìn)/排氣消聲器是降低發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲對(duì)外部污染的重要手段。其中阻性消聲器適于降低中、高頻噪聲，抗性消聲器適于降低中、低頻噪聲[8，13]。牛延云等[14-15]針對(duì)國(guó)內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試車過程中排氣噪聲抑制效果差的缺點(diǎn)，突破國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)工藝，提出一種內(nèi)插管擴(kuò)張室消聲器，并在606所A109試車臺(tái)的排氣消聲塔上得到應(yīng)用，獲取了較好的效果。目前，國(guó)內(nèi)新建試車臺(tái)數(shù)量不少，但公開發(fā)表的全面進(jìn)行事后評(píng)估降噪設(shè)計(jì)效果的報(bào)告不多。從少量公開的文獻(xiàn)和報(bào)告中發(fā)現(xiàn)，從設(shè)計(jì)之初就充分評(píng)估待設(shè)計(jì)試車臺(tái)噪聲源，并有針對(duì)性的開展降噪設(shè)計(jì)、評(píng)估的工作更加少之又少。

隨著我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)事業(yè)的不斷進(jìn)步發(fā)展，我國(guó)將開展各種先進(jìn)試車臺(tái)的設(shè)計(jì)與建設(shè)工作。在此背景下，如何準(zhǔn)確給出能反映我國(guó)在研航空發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲源強(qiáng)度及頻譜特性，如何總結(jié)和提煉已有試車臺(tái)降噪技術(shù)手段，并給出測(cè)試評(píng)價(jià)，就顯得十分重要且具有很強(qiáng)的工程技術(shù)價(jià)值。

本文基于國(guó)內(nèi)某先進(jìn)試車臺(tái)，著重闡述了其主要降噪措施和相關(guān)特點(diǎn)，然后在某型大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)試車時(shí)完成了試車臺(tái)噪聲、進(jìn)排氣消聲塔噪聲及外部環(huán)境噪聲的測(cè)試，詳細(xì)分析了該發(fā)動(dòng)機(jī)的聲源特性，并以此為基礎(chǔ)分析了試車臺(tái)各項(xiàng)降噪措施的消聲、隔聲特性。一方面摸清了該型發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲源特征，另一方面對(duì)我國(guó)典型航空試車臺(tái)降噪措施進(jìn)行了測(cè)試評(píng)估。

2 航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)

2.1 試車臺(tái)總體情況

該航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)于2013年12月建成，可滿足我國(guó)在研多種型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)的常規(guī)試車任務(wù)。試車臺(tái)廠房采用垂直進(jìn)、排氣，屋頂懸掛式試車臺(tái)架，一次進(jìn)氣、一級(jí)引射的設(shè)計(jì)方案。試車臺(tái)主要布局見圖1。試車臺(tái)主要技術(shù)指標(biāo)：試車間截面積12.0 m×12.0 m，發(fā)動(dòng)機(jī)中心標(biāo)高6.0 m，試車間最大空氣流量高于1 500 kg/s。

2.2 進(jìn)氣消聲塔

進(jìn)氣消聲塔(簡(jiǎn)稱進(jìn)氣塔)塔高為25.0 m，橫截面為12.0 m×12.0 m，墻壁結(jié)構(gòu)為600 mm厚混凝土。進(jìn)氣塔采用比較先進(jìn)的矩陣式消聲器(圖2)。這種消聲器具有以下特點(diǎn)：①能最大化提高降噪頻率范圍，且整個(gè)消聲段都參與消聲，降噪效果明顯；②流阻系數(shù)小，氣動(dòng)性能好；③易于安裝和檢修維護(hù)；④吸聲面面積大，降噪效率高，體積小。

2.3 排氣消聲塔

排氣消聲塔(簡(jiǎn)稱排氣塔)塔高為33.5 m，橫截面為19.0 m×19.0 m，墻壁結(jié)構(gòu)組成為300 mm混泥土/ 370 mm普通磚/190 mm消聲磚。排氣塔采用比較先進(jìn)的內(nèi)插管式消聲器(圖3)。這種消聲器專業(yè)用于航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)及中低頻噪聲高的降噪項(xiàng)目中，可進(jìn)行分頻降噪，且降噪頻帶寬。尤其是針對(duì)低頻噪聲降噪量極大，屬抗性消聲器。

3 噪聲測(cè)試方案

3.1 試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)

試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)為某型大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)由風(fēng)扇、增壓級(jí)、高壓壓氣機(jī)、短環(huán)形燃燒室、高壓渦輪和低壓渦輪組成，內(nèi)外涵分別排氣。發(fā)動(dòng)機(jī)試車程序?yàn)?，起?dòng)-慢車(3 min)-95%高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速(2 min)-最大狀態(tài)(1 min)-85%高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速(2 min)-89%高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速(1 min)-慢車(2 min)。本次測(cè)試采用聲壓傳感器直接測(cè)量聲壓，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到目標(biāo)工作狀態(tài)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。獲取發(fā)動(dòng)機(jī)在慢車狀態(tài)、最大狀態(tài)下的噪聲源特征及其強(qiáng)度；在發(fā)動(dòng)機(jī)最大狀態(tài)下獲取進(jìn)/排氣塔的噪聲源輸入、輸出強(qiáng)度，獲取進(jìn)/排氣塔的消聲效果；獲取試車臺(tái)周圍的噪聲分布及傳播，進(jìn)行環(huán)境噪聲影響評(píng)估分析；有針對(duì)性地對(duì)試車臺(tái)的噪聲控制措施進(jìn)行分析，為今后降噪設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

3.2 噪聲測(cè)點(diǎn)位置

噪聲測(cè)試共選取10個(gè)噪聲測(cè)點(diǎn)，其中地面測(cè)點(diǎn)8個(gè)，高空測(cè)點(diǎn)2個(gè)。具體測(cè)點(diǎn)位置如圖4所示。

噪聲測(cè)點(diǎn)可分為進(jìn)氣端組、室內(nèi)組和排氣端組。

(1)進(jìn)氣端組：包括測(cè)點(diǎn)1、測(cè)點(diǎn)3、測(cè)點(diǎn)8和測(cè)點(diǎn)9。其中測(cè)點(diǎn)1為高空測(cè)點(diǎn)，位于進(jìn)氣塔口前緣與發(fā)動(dòng)機(jī)中心線交匯處；其他3點(diǎn)為地面測(cè)點(diǎn)，均距地面1.5 m高。測(cè)點(diǎn)3距試驗(yàn)間墻壁1.0 m，測(cè)點(diǎn)8、測(cè)點(diǎn)9在室外距西面外墻壁分別為30.0 m和50.0 m。

(2)室內(nèi)組：包括測(cè)點(diǎn)2和測(cè)點(diǎn)4，均為地面測(cè)點(diǎn)，距地面1.5 m高。測(cè)點(diǎn)2距發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口23.0 m，測(cè)點(diǎn)4距發(fā)動(dòng)機(jī)外涵噴口1.5 m，與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣方向約為90°。

(3)排氣端組：包括測(cè)點(diǎn)5、測(cè)點(diǎn)6、測(cè)點(diǎn)7和測(cè)點(diǎn)10。其中測(cè)點(diǎn)5為高空測(cè)點(diǎn)，位于排氣塔口后緣與發(fā)動(dòng)機(jī)中心線交匯處；其他3點(diǎn)為地面測(cè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)6、測(cè)點(diǎn)7在室外，分別距東面外墻壁1.0 m、20.7 m，高均為1.5 m；測(cè)點(diǎn)10在室外廠界處的墻壁上，距試車臺(tái)東面外墻壁33.0 m，高4.4 m。

3.3 測(cè)試系統(tǒng)

測(cè)試系統(tǒng)包括傳感器、放大器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。傳感器采用BK4191型傳感器，該型傳聲器可用于較寬頻帶范圍、高精度的自由聲場(chǎng)測(cè)量。外部極化的4191型傳感器與2669L型前置放大器一起使用，如圖5所示。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用BBM公司的Mueller BBM MKⅡ硬件系統(tǒng)，如圖6所示。

4 測(cè)試結(jié)果及分析

4.1 各測(cè)點(diǎn)總聲壓級(jí)

在發(fā)動(dòng)機(jī)慢車和最大狀態(tài)下測(cè)量得到的各個(gè)測(cè)點(diǎn)總聲壓級(jí)如圖7所示。可見，測(cè)點(diǎn)2和測(cè)點(diǎn)4距離發(fā)動(dòng)機(jī)較近，具有很高的噪聲強(qiáng)度，是試車臺(tái)降噪需考慮的核心對(duì)象。測(cè)點(diǎn)2和測(cè)點(diǎn)4的測(cè)量結(jié)果可作為進(jìn)氣消聲塔的降噪設(shè)計(jì)輸入，對(duì)其進(jìn)行深入分析，一方面能得到進(jìn)氣和排氣系統(tǒng)的降噪特性，完成對(duì)試車臺(tái)現(xiàn)有降噪措施的評(píng)估；另一方面還能獲得該類發(fā)動(dòng)機(jī)的主要噪聲源特性及強(qiáng)度預(yù)估，對(duì)于新建試車臺(tái)具有重要的指導(dǎo)意義。

4.2 主要噪聲源特性分析

對(duì)于大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，其主要噪聲源為風(fēng)扇噪聲和噴流噪聲。

4.2.1 風(fēng)扇噪聲源特性分析

風(fēng)扇噪聲主要由葉片通過頻率(也稱BPF)噪聲構(gòu)成，而葉片通過頻率噪聲主要包括轉(zhuǎn)子葉片周期性壓縮空氣引起的噪聲和轉(zhuǎn)靜干涉噪聲兩部分。葉片通過頻率噪聲的特征是以葉片通過頻率為基頻，同時(shí)還要考慮其諧頻(為基頻的整數(shù)倍頻)。葉片通過頻率fi?BPF可按下式計(jì)算：

式中：B為轉(zhuǎn)子葉片數(shù)，N為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，i為葉片通過頻率諧波數(shù)。

測(cè)點(diǎn)2主要來自于發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇前傳噪聲，因此可通過測(cè)點(diǎn)2的測(cè)試結(jié)果分析風(fēng)扇前傳噪聲源的特性。從圖8中可看到，發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇前傳噪聲源主要表現(xiàn)為離散噪聲特性，其主要噪聲成分為BPF、BPF倍頻及與BPF相差為軸頻及整數(shù)倍軸頻的激波噪聲。測(cè)點(diǎn)4主要來自于風(fēng)扇后傳噪聲和噴流噪聲，從圖9中可看到風(fēng)扇后傳噪聲與前傳噪聲類似，具有強(qiáng)烈的離散聲源特性。但測(cè)點(diǎn)4的BPF噪聲強(qiáng)度更大，比測(cè)點(diǎn)2的BPF噪聲還要高8.0 dB(A)。

4.2.2 噴流噪聲源分析

大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的噴流噪聲由混合噪聲、激波噪聲和尖塞上的流動(dòng)脫體噪聲組成。由于雙涵道的噴流由發(fā)動(dòng)機(jī)主噴流和風(fēng)扇出口噴流組成，噴流噪聲和激波噪聲可按聲源位置分為內(nèi)涵、外涵和雙涵道合并的噪聲，如圖10所示[16]。噴流的混合噪聲來源于噴流中湍流的混合過程。對(duì)于雙涵道發(fā)動(dòng)機(jī)，噴流中湍流的混合過程主要包括：外涵道風(fēng)扇出口噴流與靜態(tài)介質(zhì)的混合，內(nèi)涵道發(fā)動(dòng)機(jī)主噴流與風(fēng)扇出口噴流的混合，以及雙涵道噴流與靜態(tài)介質(zhì)的混合?；旌显肼暤念l譜特征都為寬頻，但其各自的聲源位置和特征頻率有很大的不同；噴流的激波噪聲僅存在于超聲速噴流中，源于噴流中的激波與湍流的相互作用，也是寬頻噪聲。

由于在最大轉(zhuǎn)速狀態(tài)時(shí)，大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的聲源主要以風(fēng)扇噪聲為主，加之噴流噪聲主要表現(xiàn)為寬頻噪聲，在測(cè)試頻譜中很難分離。因此本文將試驗(yàn)測(cè)得的頻譜與Tam[17-18]的兩聲源理論擬合出的頻譜曲線進(jìn)行對(duì)比，來確定噴流聲源的頻帶范圍，進(jìn)而完成噴流聲源分離。根據(jù)Tam的兩聲源理論，噴流噪聲向上游和向下游傳播的頻譜存在較大差異，根據(jù)噴流噪聲頻譜的自相似性，并結(jié)合大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，Tam給出了噴流噪聲頻譜的經(jīng)驗(yàn)公式：

式中：S代表頻譜，F(xiàn)、G分別為下游方向和上游方向頻譜經(jīng)驗(yàn)公式，A、B、Dj由試驗(yàn)工況和噴口尺寸決定，fL和fH為與頻率有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。

按公式(2)計(jì)算得到的該發(fā)動(dòng)機(jī)的噴流噪聲如圖11所示?？梢?，噴流噪聲主要集中在5～630 Hz頻率范圍內(nèi)，表現(xiàn)為寬帶噪聲源特性?；趫D11結(jié)果，采用最小二乘擬合法對(duì)圖9所示結(jié)果進(jìn)行擬合，進(jìn)而可得到噴流噪聲強(qiáng)度。經(jīng)分析，噴流噪聲強(qiáng)度比風(fēng)扇噪聲要低12.0 dB(A)。

綜上，發(fā)動(dòng)機(jī)本身最主要的聲源主要由風(fēng)扇噪聲和噴流噪聲兩部分構(gòu)成。針對(duì)這種聲源特性，在對(duì)整個(gè)試車臺(tái)進(jìn)行消聲設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)兼顧風(fēng)扇噪聲源和噴流噪聲源的頻率范圍與強(qiáng)度，開展針對(duì)性設(shè)計(jì)。

5 試車臺(tái)降噪措施分析

5.1 進(jìn)氣塔墻壁隔聲量分析

進(jìn)氣塔墻壁的隔聲量可由測(cè)點(diǎn)2和測(cè)點(diǎn)3的測(cè)試結(jié)果近似得出，其中測(cè)點(diǎn)3的測(cè)試結(jié)果如圖12所示。結(jié)合圖8、圖12的頻譜測(cè)試結(jié)果，可得到進(jìn)氣塔墻壁的1/3倍頻程隔聲量分析結(jié)果，如圖13所示。進(jìn)氣塔墻壁隔聲量為69.2 dB(A)，在5 000 Hz處最大，最大值為78.3 dB(A)。主要隔聲頻率段400 Hz以上，此范圍內(nèi)隔聲量均在60.0 dB(A)以上。

5.2 進(jìn)氣塔消聲量分析

進(jìn)氣塔的消聲量可由測(cè)點(diǎn)2和測(cè)點(diǎn)1的測(cè)試結(jié)果近似得出，其中測(cè)點(diǎn)1的測(cè)試結(jié)果如圖14所示。結(jié)合圖8、圖14的頻譜測(cè)試結(jié)果，可得到進(jìn)氣塔的1/3倍頻程消聲量分析結(jié)果，如圖15所示。進(jìn)氣塔總消聲量為48.0 dB(A)，在800 Hz處最大，最大值為52.7 dB(A)。主要消聲頻率段125～4 000 Hz，此范圍內(nèi)消聲量均在40.0 dB(A)以上。

5.3 排氣塔墻壁隔聲量分析

排氣塔墻壁的隔聲量可由測(cè)點(diǎn)4和測(cè)點(diǎn)6的測(cè)試結(jié)果近似得出，其中測(cè)點(diǎn)6的測(cè)試結(jié)果如圖16所示。結(jié)合圖9、圖16的頻譜測(cè)試結(jié)果，可得到進(jìn)氣塔墻壁的1/3倍頻程隔聲量分析結(jié)果，如圖17所示。排氣塔墻壁隔聲量為76.5 dB，在10 000 Hz處最大，最大值為92.5 dB(A)。主要隔聲頻率段200 Hz以上，此范圍內(nèi)隔聲量均在60.0 dB(A)以上。

5.4 排氣塔消聲量分析

排氣塔的消聲量可由測(cè)點(diǎn)4和測(cè)點(diǎn)5的測(cè)試結(jié)果近似得出，其中測(cè)點(diǎn)5的測(cè)試結(jié)果如圖18所示。結(jié)合圖9、圖18的頻譜測(cè)試結(jié)果，可得到排氣塔的1/3倍頻程消聲量分析結(jié)果，如圖19所示。排氣塔總消聲量為60.7 dB(A)，在10 000 Hz處最大，最大值為78.4 dB(A)。主要消聲頻率段400 Hz以上，此范圍內(nèi)消聲量均在50.0 dB(A)以上。

通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)：在墻壁隔聲方面，排氣塔墻壁隔聲效果明顯比進(jìn)氣塔墻壁的好，這是因?yàn)樵谂艢馑酥車膲Ρ诮Y(jié)構(gòu)組成為300 mm混泥土、370 mm普通磚及190 mm消聲磚，而在進(jìn)氣塔端周圍的墻壁結(jié)構(gòu)為600 mm混泥土。

5.5 環(huán)境噪聲評(píng)價(jià)

根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行的《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[19]中對(duì)五類聲環(huán)境功能區(qū)的環(huán)境噪聲限制值的規(guī)定，該試驗(yàn)臺(tái)周圍區(qū)域?qū)儆诘诙?。其限制值為晝間上限60.0 dB(A)，夜間上限為50.0 dB(A)。根據(jù)圖7中發(fā)動(dòng)機(jī)在最大狀態(tài)下各測(cè)點(diǎn)的噪聲值，在廠房邊界圍墻處的測(cè)點(diǎn)10，其A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)已降到50.0 dB(A)，滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試驗(yàn)臺(tái)周圍環(huán)境噪聲的要求。同時(shí)，也進(jìn)一步說明該試車臺(tái)的消聲措施對(duì)于大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)試車時(shí)的噪聲抑制效果很好，滿足設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)論及探討

以國(guó)內(nèi)某先進(jìn)試車臺(tái)為基礎(chǔ)，針對(duì)某型大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了噪聲測(cè)試分析。一方面摸清了該型發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲源特征，另一方面對(duì)我國(guó)典型航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)的降噪措施進(jìn)行了測(cè)試評(píng)估，其內(nèi)容可以反映當(dāng)前試車臺(tái)降噪設(shè)計(jì)關(guān)鍵問題的能力與水平。主要獲得如下認(rèn)識(shí)：

(1)該試車臺(tái)各降噪措施合理有效，在某型大涵道比發(fā)動(dòng)機(jī)試車過程中滿足環(huán)境噪聲的限制要求。但同時(shí)還應(yīng)注意，本次測(cè)試對(duì)象為大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，其主要噪聲源為高頻段風(fēng)扇噪聲，因此本次測(cè)試分析結(jié)果僅能反映該試車臺(tái)及其現(xiàn)有降噪措施對(duì)該發(fā)動(dòng)機(jī)的降噪效果。

(2)發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到最大狀態(tài)時(shí)，排氣塔周圍噪聲存在不均勻特性。隔聲門附近噪聲要大于其他地方，因此在注重隔聲門選型和降噪設(shè)計(jì)的同時(shí)，還需注意排氣塔塔體、引射間墻體及各墻體縫隙的降噪設(shè)計(jì)處理，進(jìn)一步提高土建的隔聲效果。

(3)對(duì)于具有加力狀態(tài)的軍用發(fā)動(dòng)機(jī)，其低頻(630 Hz以下)噪聲將急劇增加，設(shè)計(jì)該類發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)時(shí)應(yīng)對(duì)進(jìn)/排氣塔的低頻降噪引起足夠重視。

(4)進(jìn)/排氣塔的輸入聲源不僅包含高頻的風(fēng)扇噪聲，還包括低頻的噴流噪聲。因此在進(jìn)/排氣塔設(shè)計(jì)過程中應(yīng)根據(jù)各頻段聲源的特性及能量大小，綜合考慮全頻段的降噪設(shè)計(jì)。如當(dāng)進(jìn)/排氣塔聲源較大時(shí)，要考慮雙層墻體結(jié)構(gòu)以提升隔聲效果。

[1]王娜，萬能，湯道敏.某渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)的聲環(huán)境研究[J].環(huán)境工程，2012，30：107—109.

[2]陳玨，王娜，萬能.聲學(xué)軟件在航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)設(shè)計(jì)上的應(yīng)用[J].環(huán)境工程，2015，33：144—146.

[3]GB 50454-2008，航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2009：7—8.

[4]GB 12348-2008，工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)[S].

[5]HBJ 11-1998，航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)設(shè)計(jì)規(guī)程[S].

[6]黃晶晶.噪聲分析系統(tǒng)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)的應(yīng)用研究[D].西安：西北工業(yè)大學(xué)，2006.

[7]焦天佑，陸寶富.建設(shè)滿足大型飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)需求的露天試車臺(tái)區(qū)技術(shù)論證[J].燃?xì)鉁u輪試驗(yàn)與研究，2008，21(1)：1—9.

[8]張?jiān)?某型發(fā)動(dòng)機(jī)靜態(tài)遠(yuǎn)場(chǎng)噪聲測(cè)試及初步分析[J].航空發(fā)動(dòng)機(jī)，1994，4：40—47.

[9]金業(yè)壯，盛元生.某型渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲特性分析[J].沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，1994，(25)：1—10.

[10]張松嶺，張松巖，高長(zhǎng)福.航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)噪聲的分析[J].哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào)，1996，1(2)：13—15.

[11]沙云東，盛元生.航空發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)聲強(qiáng)測(cè)試技術(shù)研究[J].航空發(fā)動(dòng)機(jī)，1999，2：26—34.

[12]黃晶晶，吳志真，雷勇.航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)噪聲聲功率譜技術(shù)研究[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2006，14(10)：1395—1397.

[13]丁洪志.航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)噪聲的治理[J].應(yīng)用聲學(xué)，1989，(3)：36—41.

[14]牛延云，李廷福，沈丙炎.內(nèi)插管擴(kuò)張室消聲器在航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)上的應(yīng)用[J].航空發(fā)動(dòng)機(jī)，2001，(1)：36—52.

[15]牛延云，李廷福，沈丙炎.內(nèi)插管擴(kuò)張室消聲器的試驗(yàn)研究及其在航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)上的應(yīng)用[J].燃?xì)鉁u輪試驗(yàn)與研究，2003，16(1)：37—40.

[16]汪洋海，李曉東.超音噴流嘯音發(fā)聲機(jī)理的實(shí)驗(yàn)研究[J].工程熱物理學(xué)報(bào)，2006，27(2)：232—234.

[17]Tam C K W.On the Two Soures of Supersonic Jet Noise [J].AIAA 2003-3163，2003.

[18]Stone J R，Krejsa E A，Clark B J.Jet noise modeling for coannular nozzles including the effects of chevrons[R]. NASA/CR-2003-212522，2003.

[19]GB 3096-2008，聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].

Noise environment test and analysis of an aero-engine test cell

YANG Ming-sui，LIU Kai，JIA Ping-fang，WANG Meng，YAN Hai-jiao，F(xiàn)ENG Min
(AECC Shenyang Engine Research Institute，Shenyang 110015)

Noise control of an aero-engine test cell has become one of the crucial technologies in the de?sign of test cell.Therefore,the noise surrounding test and analysis,a significant part in the research of the aero-engine test cell,are important means to design and assess high-quality test cell.Based on a certain type of high bypass ratio turbofan engine,noise test and analysis were conducted on a typical test cell.Char?acteristics of noise source,noise reduction and insulation of inlet and outlet tower,and surrounding noise were analyzed,respectively.In addition,critical issues on the design of test cell noise reduction were dis?cussed,providing significant reference to the future design of test cell noise reduction.

aero-engine test cell；noise control；noise test；high bypass ratio turbofan engine；noise source analysis；intake tower；exhaust tower

V263.4+7

：A

：1672-2620(2017)01-0018-07

2016-09-26；

：2017-02-13

楊明綏(1980-)，男，遼寧沈陽(yáng)人，高級(jí)工程師，博士，現(xiàn)從事航空發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲控制技術(shù)研究。