普信®声学院：通过飞行测试评估“鸬鹚”直升机舱内噪声水平。
加拿大皇家空军（RCAF）CH-149“鸬鹚”直升机机组经常需要长时间在各种飞行条件下执行飞行任务，以完成搜索和救援（SAR）任务。 RCAF机组人员通常会经历各种各样的操作活动，执行各种飞行程序。本文针对RCAF“鸬鹚”直升机进行了噪声研究，以表征直升机平台的噪声环境。目的是在选定的机舱和座舱人员位置，评估整个代表性飞行条件下CH-149直升机的噪声环境，以定量评估SAR任务中机组人员的噪声暴露情况。本文着重于飞行中的噪声测量方法和代表性飞行条件下的噪声频谱评估。机舱噪声的测量是根据ISO 5129标准进行的。在CH-149直升机的48种代表性飞行条件下，总共测量了11个机舱和驾驶舱的机位，包括盘旋、稳定水平飞行和在机舱门关闭和打开的情况下以几种飞行速度进行的机动测试。噪声测量结果表明，声压级随飞行条件和机舱门的打开状态而变化，直升机机舱中最高的A加权声压级达到107 dB（A）。根据RCAF HGU-56P-CF飞行头盔的插入损耗性能，正确佩戴飞行头盔的机组人员在120节稳定水平飞行状态下，开门配置可能会遇到超过85 dB（A）的总体声压级，而门关闭配置时可能会遇到79 dB（A）的总体声压级。
介绍
本文着重介绍飞行中的噪声测量方法以及在代表性飞行条件下的噪声频谱评估。机舱噪声的测量是根据ISO 5129标准进行的。在CH-149直升机的48个典型飞行条件下，总共测量了11个机舱和驾驶舱的机位，包括盘旋、稳定水平飞行和在几种机速下关闭和打开机舱门的操作情况。
飞行测试流程
飞行测试的目的是表征在机舱门关闭和打开的典型直升机操纵过程中机组人员的驾驶舱和机舱噪声暴露水平，加拿大皇家空军（RCAF）的CH-149“鸬鹚”直升机用于本项研究。
根据ISO 5129、ISO 9612和CSA Z107.56-06标准获得了测试仪器的要求以及在稳定飞行条件下机舱内部声压级的测量和报告程序。根据ISO 5129，飞机的内部参照正常任务配置不变。将座椅靠背设置为最直立的位置，同时将测试飞机上的乘员人数保持在进行测试所需的最少数量。为消除声音传播的干扰，麦克风位置和机组人员位置之间没有障碍物。机组人员的位置包括机长（右舷座位、驾驶座）、副驾驶（左舷座位、驾驶座），试飞员（弹跳座位、驾驶座）、飞行工程师（右舷FE座位、机舱）和两名NRC（加拿大国家研究委员会）研究人员（侧排乘客座椅“G”和“H”）执行数据采集，如图1所示。
图1 ：CH-149直升机机舱和驾驶舱中的传感器位置
在与CH-149机组人员、航空工程测试机构（AETE）测试飞行员和NRC测试人员讨论之后，选择和确定了飞机的飞行条件，并运用了在CH-147F飞行测量过程中获得的经验来涵盖大多数CH-149标准直升机的机动和操作。表1列出了48种测得的飞行情况的详尽清单。
表1：飞行测量次序
大多数情况是在300 m（1000 ft）的压力高度标称飞行的。最大飞行速度为144节，标识为测量条件ID17。飞行测量稳态条件至少保持60秒，以确保测量的静态数据。外界气温为2°C；风速为4海里/小时。试验机和仪器套件如图1所示。
麦克风安装
所有11个麦克风均按照ISO 5129和MIL-STD-1294A的要求定制设计并安装在整个飞机驾驶舱和机舱的代表性工作位置。在所有麦克风上都安装了风挡，以减少开门飞行条件下机舱内与气流相关的噪音。在NRC航空航天小型混响室中，在没有风的情况下，风挡的插入损耗随频率的变化而变化。
选择了两套数据采集系统（DAS），系统以电池独立运行，无需无线传输。每个通道的采样率有所不同，但所有声学通道的采样率均超过50 kHz。每次飞行条件下至少记录60秒。两个DAS的组合可测量11个声音通道、18个振动通道和1个对讲通道及其他触发通道。
机舱中安装的11个麦克风是带有前置放大器的PCB ICP麦克风。在飞行测量之前和之后，根据每个麦克风的标准测试程序，使用GRAS 42AC型声音校准器对每个麦克风进行校准。麦克风的安装如图2所示，并在表2中进行了描述。
表2：传感器位置说明
图2 ：乘客麦克风配置：右舷进入/提升机操作员麦克风配置（麦克风7）和右舷座椅Q（麦克风10）
适航注意事项
在整个飞行测试中，操作人员和NRC机组人员都穿着SPH5-CF头盔听力保护器（HP）。一些空勤人员根据自己的喜好佩戴了泡沫耳塞和CEP形式的其他耳内HP。所有设备、底座和传感器均使用棘轮皮带、CH-149紧固件、胶带、绑带和安全绳进行了固定，确保了所有设备在受到CH-149耐撞性载荷限制因素（无论方向如何）的影响下仍能保持安全。
关于电子适航性要求，选择了相关资质认定的数据采集系统，具有适用的军事和非政府标准的广泛适航性证明，可用于涉及脉冲和随机机械振动的飞行测试，温度、压力和环境暴露、电磁干扰（EMI）等因素是测试所主要关心的。除标准飞机启动程序外，还完成了系统检查，以评估设备与飞机之间的潜在EMI相互作用。此外，NRC还记录了数据采集系统锂离子电池充放电循环的详细记录，以监控电池的健康状况。最后，NRC为数据采集系统定制的Pelican TM机箱外壳具有外部电池拆卸舱门，以免发生电池着火的情况。该设备是作为非必要的自供电独立的“货运”设备飞行的。如图3所示，将设备安装在担架上。
图3：数据采集系统安装位置
舱内噪声测试
在飞行测试期间测量了11个机舱乘务员站的声压级。使用测得的机舱噪声级和听力保护器插入损耗数据评估了机组人员的噪声暴露。SPH5-CF飞行头盔插入损耗数据是根据ANSI / ASA S12.42-2010中指定的程序使用NRC听力保护评估设施中的GRAS声学测试装置45CB进行测量的。SPH5-CF飞行员头盔的平均插入损耗数据如图4所示。
图4：SPH5-CF飞行员头盔的平均插入损耗
图5显示了所有11个机组人员打开门，120节稳定水平飞行状态（RUN 39）时的功率谱密度。可以观察到，低频行为主要受主旋翼和尾旋翼的N/rev谐波影响；主转子是5叶片系统，标称转速为3.5 Hz，而尾转子是4叶片系统，标称转速约为16 Hz。主要的转子谐波包括5/rev，10/rev和15/rev谐波，分别约为18 Hz，36 Hz和54 Hz。在200 Hz以上的频率段，还观察到可能与发动机和变速箱齿轮噪声有关的其他音调。
图5：开门的PSD，120节，SLF条件。
图6中显示了RUN 39飞行条件下所有11个机组人员的A加权声压级谱。根据图6，在RUN 39飞行段中，最大的A加权总声压级为98 dB（A）。如图1所示，在Mic 7右舷提升机机组进行了测量。
图6：A加权SPL，整个开门时均无听力保护，120节，SLF状态。
使用SPH5-CF头盔的平均测量插入损耗来确定机舱中不同位置的机组人员所承受的声压级。
图7显示了在机舱中不同位置，每个飞行航段以及用SPH5-CF头盔保护的机组人员测得的A加权SPL。在Mic 7右舷提升机机组位置400Hz时测得的最大A加权SPL为78.7 dB（A）。
图7：A加权SPL，空乘人员在开门时均装有Gentex SPH5-CF头盔，120节，SLF状态。
如图6和图7所示，整个开门SLF在120节时测得的高噪声水平主要由主转子转速N/rev谐波处的音调组成。由于飞行过程中的空气声湍流、右舷入口（Mic 7）所在的位置在所有频率上也遭受了明显的额外宽带噪声。
图8显示了在机舱内不同位置，每个飞行航段以及未受保护的机组人员所测得的A加权总体SPL，该数据不应仅解释为在机组未进行任何听力保护的情况下适用的情况，而是，图8中显示的数据具有代表与以下情况相关的最坏情况的重要性，例如：
- 不合适听力保护装置（一只或两只耳朵的）；
- 在飞行过程中，将听力保护装置从头部取下，以进行调节。这种情况主要是由感觉到的不适感或噪声高引起的；
- 技术人员可能会在短时间内摘下听力保护装置，以便聆听来自泵、设备等的声音，以根据噪音特征验证其功能。
前面提到的情况只是机组人员可能将自己暴露于潜在的有害噪声背景并具有高听力损失风险的情况下的少数示例。
从图8中可以看出，在未正确安装听力保护装置的情况下飞行的机组人员可能仅在4分钟48秒（麦克风7）和大约7分钟（麦克风8和麦克风11）后就有严重听力受损的风险；时间限制取决于在机舱或驾驶舱中的工作位置。
图8：无助听器的机组A加权OSPL数据。
图9显示了在每个飞行航段中，用SPH5-CF头盔保护的机组人员在机舱内不同位置测得的A加权总体SPL。必须指出，飞行测试包括大多数构成实际演习任务的关键飞行段。使用测量的总体水平以及任务期间每个飞行段的实际累积时间，可以确定每个工作位置的机组人员噪声暴露水平。作为指示，根据CSA Z107.56-06标准和加拿大劳工法典第II部分的最大噪声暴露时间限制（小时、分钟、秒）在图8和图9中以水平虚线形式叠加。
从图9中可以看出，SPH5-CF为所有飞行段的所有机组人员的直升机内部噪声提供了出色的噪声衰减；除少数例外情况外，在所有飞行条件下均可观察到超过16小时的最大噪声暴露极限持续时间的建议。开门120节稳定水平飞行的飞行条件ID 39和ID 52分别为1转；这两个飞行条件在16小时左右都显示出极限。
图9：佩戴SPH5-CF头盔机组人员的A加权OSPL数据。
图9还显示了每种飞行条件下门的打开状态。带有浅蓝色突出显示的条件表示门已关闭的飞行状态；浅橙色突出显示的状态表示舱门处于打开状态。可以看出，对于配备适当安装的SPH5-CF头盔的机组人员，所有闭门OSPL均小于80 dB（A）。
结论
本文介绍了RCAF CH-149“鸬鹚”直升机噪声测量的一些汇编结果，目的是评估位于飞机机舱和驾驶舱内的驾乘人员的噪声暴露水平。在CH-149测量活动中，在总共48个代表性的飞行和地面条件下，对11个机舱和座舱位置以及10个外部位置的SPL进行了测量。
测量后的分析包括根据适用标准计算窄带分析的功率谱密度（PSD）以及用于分析的1/3倍频程。
在低频时，噪声频谱主要由主旋翼和尾旋翼的音调谐波决定。较高的频率范围显示出与尾桨和主旋翼无关的其他音调（即可能与发动机和变速器噪声有关）。在特定的飞行条件下，右舷入口（Mic 7位置）经历了明显的宽带噪声；宽带噪声可能与空气动力学湍流有关。
右舷（Mic 7）最大的机组人员听觉失控发生的OSPL值，出现在120节SLF飞行段（ID39）开门时，最大OSPL值为107 dB（A），对应于4分钟48秒的累积最大噪声暴露剂量。对于SPH5-CF，右舷（Mic 7）的最大听力保护OSPL值为84 dB（A）。尽管GENTEX SPH5-CF飞行员头盔可提供出色的听力保护，但应对在Mic 7附近作业的所有机组人员进行严格的良好佩戴习惯的监视。
本文作者：Sebastian Ghinet; Andrew Price; Yong Chen;Anant Grewal; Viresh Wickramasinghe.
作者单位：NRC Aerospace,飞行研究实验室，渥太华，加拿大