普信®声学院：商用客机适航飞跃噪声识别技术与声成像测试分析系统。

“你说什么？我听不清！”… …

据有关报道称，高铁列车在时速300千米时，火车内噪声水平不超过66分贝。飞机一般巡航时速大约为1000千米，仅按照“空气动力引起的机体噪声大约正比于运行速度的7次方”的关系来推算，飞机的噪声就已经远远和高铁不在一个量级，更何况还有需要更大推力的发动机噪音等。

对于绝大多数乘客来说，飞机噪音是一种痛苦，美国语言听力协会的Pamela Mason表示，飞机起飞和着陆时噪音最大，机舱内的音量能够达到105分贝；而在高空巡航时，噪音会降到85分贝左右。长期暴露在85分贝的噪音中会引发短暂的听力问题，很多人在长时间乘坐飞机后都出现了耳鸣，这是噪音损伤的早期症状。

总部设在加拿大蒙特利尔的ICAO-国际民用航空组织（InternationalCivil Aviation Organization)数十年来一直努力解决飞机噪声对环境污染的问题，世界各发达国家也早就制定了民航机起飞和降落时的噪声标准。而今随着技术的进步，不断提高噪声适航标准也已经成为了航空大国的共识。更高的噪声要求可以让乘客有更舒适的舱内乘坐环境，机场周边居民也拥有更安全和安静的居住空间。同时，严苛的航空噪声条例也是提高民航工业准入条件，淘汰竞争对手的一种典型手段。

本期我们来了解一下商用客机降噪设计的一个研究热点-飞跃噪声测试。飞越噪声试验是FAA适航审查中十分重要的科目。

上世纪90年代中期，波音公司推出的波音777，由于其优良的噪声指标成为了许多远程航线的首选。虽然1995年进入国际航空市场的波音777已经达到了所有设计目标，但是不久人们发现，在起飞和降落期间它时常会发出尖锐的啸叫声，频率后被测定为2000 Hz左右，然而波音公司的工程师很长时间里却没法确定啸叫来自何处？

飞行中除了引擎，飞机上其他各种部件的振动以及机身和空气的摩擦都会产生噪声，要将如此复杂的噪声源从一个高速飞行的物体中有效分解出来，是非常困难的。波音公司的工程师无奈地将这种啸叫源称作“神秘的两千周”(“2000-hertz mystery tone”)。

几年后波音的研究人员把广泛应用于无线通讯的智能天线的原理推广到音频，用数百个麦克风在机场的跑道上布设了直径达150英尺的螺旋形的麦克风阵列来记录飞越上空的波音777发出的噪声。反复试验的结果表明2000赫兹的啸叫来自两翼的前沿。波音777主机翼的前沿有一排小孔（见图1），在寒冷的环境里，穿过小孔的气流将被加热，然后在机翼内循环以防止潮气在机翼上结冰。根据麦克风阵列检测的结果和对机翼结构的分析，波音的研究人员怀疑神秘啸叫的“罪魁祸首”是那两排小孔。当迎面而来的气流穿过形状和排列整齐的小孔时，犹如人们吹笛子一样，气流和机翼产生了2000赫兹的共振。为了证实这个猜测，声学专家Rob Stoker说服了波音公司有关部门，用胶带将一个机翼前沿的小孔全部封上，然后再比较两个机翼前沿的噪声强度。

上图显示的是一侧小孔封上后的测试结果。如Rob Stoker预测，一侧机翼前沿的小孔封上后2000赫兹的啸叫完全消失了。波音的工程师终于解开了困扰他们多年的迷！根据传声器阵列检测的结果，波音的设计师重新设计和优化了机翼前沿防冻小孔的形状和排列，优化改进后的波音777-300ER系列机型彻底消除了那“神秘的两千周”的啸叫。

声阵列技术在波音飞机上成功应用，很快被空中客车和全球其他的飞机制造公司所采用。如今，传声器阵列技术和测试验证装置不仅被用来研究飞机、轨道车辆、汽车上的噪声源，而且还被用在潜水艇、建筑和家电等行业的噪声研究中。同时，通过传声器阵列采集飞机飞越上空的噪声测试称之为飞跃噪声测试。商用客机飞跃噪声测试，是精确测量飞行中飞机噪声的核心方法，基于传声器阵列的声源识别系统是一种重要的声学试验测量设备，在分析飞机声源的发声过程，确定声源的位置、强度进而在研究噪声产生机理和减噪优化中发挥着不可替代的作用。

此后，基于传声器阵列的飞跃噪声技术成为了全球学术界和工业界的研究热点，尽管飞跃实验十分昂贵和复杂，但这些年来，庞巴迪、NASA、空客、波音、德宇航等研究机构和航空巨头持续进行研究，典型测试案例介绍如下：

波音777飞机的飞跃噪声测试 [AIAA2006-2720]

波音公司于2005年在位于蒙大拿州圣玛丽机场，对装有GE90-115B发动机的波音777-300ER飞机进行了飞跃噪声测试，系统共使用了614个麦克风，阵列孔径约为76米，深入研究了锯齿形喷嘴、静音起落架、发动机进口声衬不同设计方案的声学特征。这些降噪技术的测试和验证使得后续波音公司制造较新的飞机如B-787噪声指标得到了非常显著的改善。

2016年空客A320[BeBeC-2018-D01]

德国航空航天中心于2016年5月在马格德堡附近的Cochstedt机场，使用配备了V2527-A5发动机的空客A320-232飞机进行了飞越噪声测试，共进行了23种不同的配置总共134架次飞越测试。声阵列系统共有248个麦克风，阵列孔径为35米*43米，详细研究了飞机声源在不同辐射角度不同参数设置时的强度分布和大小排序。