航空发动机主要噪声源及其机理概述
从上世纪八十年代开始，飞机数量显著增多，起降密度明显加大；同时，人们的环保意识日益增强。这些因素都促使飞机噪声成为一个日益严重的环境污染问题而倍受世界各国关注。特别是进入20世纪90年代以来，国际民航组织和各国民航管理机构纷纷制定了日益严厉的飞行器噪声适航条例。
涡扇发动机是飞机噪声的主要噪声源，在设计过程中需要分析其声学特性并在相应部件的设计过程中考虑声学优化。图 1为某150座级客机各适航噪声测点声源分解。由图可见，在起飞和边线两个适航评价点，发动机都是主要的噪声源，其中以风扇（包括前传、后传）噪声和喷流噪声贡献最大。
图1 某150座级客机各适航噪声测点声源分解
喷流噪声由尾喷管排出的高速气流产生。气动声学理论表明，喷流噪声声能量与喷流速度的8次方成正比。由于温度梯度、涵道比以及激波的影响，实际情况与理论略有偏差，但规律是一致的，即喷流噪声对喷流速度的变化极为敏感。
图2 发动机主要声源变化
如图2所示，60年代的涡喷和小涵道比涡扇发动机的喷流速度很大，因此喷流噪声成为发动机最主要噪声源。随着大涵道比涡扇发动机这一革命性变化的发生，喷流速度得到显著降低，风扇噪声则开始升高。对于商用大涵道比涡扇发动机，喷流噪声主要由于喷流气流与环境大气掺混导致的湍流脉动产生，这一分量称为喷流混合噪声。如果喷流流场中存在激波，那么湍流等脉动机制导致激波出现振荡，也会产生一部分噪声。对于高马赫数喷流，激波、膨胀波、声波可能会与喷管唇口形成一个反馈机制，产生一个能量很高的单频啸音，这一现象通常见于军用发动机。
风扇噪声由宽频分量和单音分量构成。宽频噪声由湍流造成，一部分是湍流作用到转静子叶片上导致叶片表面压力脉动，另一部分是叶片尾缘的湍流涡脱落导致叶片表面压力脉动。目前宽频噪声还不是主要分量。单音噪声一部分由转静干涉产生，其机理是转子下游的周期性尾迹作用到静子叶片上，导致静叶表面压力产生周期性脉动从而辐射声波；如果风扇叶尖存在激波，那么这一激波系会沿短舱向上游延伸，同时旋转，从而产生很大噪声。
本文转载自心动商发公众号（ID：ACAE2009），原文由适航安全团队整理。
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