新舟700飞机噪声控制设计

【编者按】新舟700飞机，是新舟系列涡桨支线飞机的最新产品，定位于承担800公里以内中等运量市场的区域航空运输业务，能够适应高原高温地区的复杂飞行环境和短距频繁起降。据最新消息，新舟700飞机预计于2020年1月总装下线。作为我国完全自主研发的新一代支线涡桨飞机，新舟700依托的关键性技术有哪些？又实现了哪些重大的突破和创新？11月22日起，民航资源 将推出系列 道，解密新舟700背后的“硬核技术”。

新舟700是中国航空工业集团正在研制的涡桨支线客机，是我国继续拓展涡桨支线飞机市场、提升涡桨支线飞机制造水平和市场竞争力的重要机型，是一款独立于现有50座级新舟60飞机平台、全新打造的先进70座级涡桨支线飞机。

使新舟700成为一款环境友好、客舱安静的飞机，是适航规章和环境保护标准的要求，也是积极应对国内外市场竞争、补齐短板、维护声誉的需要。此外，由于适航规章和环境保护标准对飞机噪声的限制日趋严格，更低的噪声水平也会为新舟700未来系列化发展提供生存空间。

螺旋桨推进的涡桨支线客机，其主要声源及特性与涡扇客机存在明显差异，所采用的噪声控制关键技术也是针对螺旋桨噪声的特点研发。相对于采用消声短舱、客舱空间更大的涡扇飞机，涡桨支线飞机在噪声控制方面通常会多付出一定比例的重量和成本。总体而言，与涡扇客机相比，涡桨支线飞机由于动力装置推力相对较小，外场噪声水平更低；巡航速度相对较低，客舱外表面湍流边界层引起的噪声也低于涡扇飞机；客舱内部除受螺旋桨影响区域外，噪声相对较低。降低螺旋桨噪声对客舱的影响，是涡桨支线客机噪声控制设计的核心工作之一。为此，发展了螺旋桨同步定相、调谐动力吸振器、主动噪声/振动控制等设计技术，使涡桨支线客机舱内噪声水平可以达到甚至优于涡扇客机。在实际设计中，确定客舱噪声设计目标，这需要根据现有技术和市场水平、航程、乘客主观感受、重量、性能、成本、可靠性和维修性等因素进行综合与平衡，而不能一味追求噪声级最低。

新舟700噪声控制设计是基于国内外现有成熟技术开展的一项设计实践，具有设计指标先进、多专业协同、国际化合作的特点。

开展前期关键技术研究

新舟700是国内首次在全新研制的涡桨支线飞机中全面、系统地开展噪声控制设计。对设计团队来说，无论是经验还是技术，都是一项挑战。

总设计师系统未雨绸缪，在内部立项早期即组建振动噪声专业，专门负责振动和噪声总体设计，目的是改变以往设计责任分散、需求不明确、改进低效的不利局面，力争实现自顶向下的正向设计。另外，由同一团队负责振动和噪声设计，在舱内噪声控制设计时能够更全面考虑、权衡和综合各种技术途径。

开展新舟700前期研究，并将噪声控制列入关键技术攻关项目。在前期研究中，与航空工业强度所、西北工业大学、中国民航大学等专业团队合作，开展多领域、多专业联合攻关。研究内容包括：涡桨支线飞机噪声源生成机理、预计方法和控制技术；适航规章和环境保护标准要求及修订趋势；飞机声学设计指标论证和噪声测试；涡桨支线飞机舱内噪声控制、发动机减振安装、主动噪声控制等技术的调研和应用研究。

前期关键技术研究为新舟700顺利立项创造了有利条件。通过前期研究，建立了飞机噪声控制设计基础能力，为后续研制工作提供了技术保障。在前期研究推动下，新舟700概念设计阶段噪声控制设计进展顺利，在噪声顶层设计要求制定、动力装置选型、发动机减振安装设计、声学材料选型等方面实现了多专业协同设计，使噪声控制设计融入到新舟700飞机的主设计流程当中。

自顶向下协同设计

新舟700基于SAE4754A和需求工程，定义了“基于需求的研发流程”。系统工程“双V”模型和需求管理平台的应用，为噪声控制实现自顶向下协同设计提供了有力的支撑。

新舟700飞机针对主要噪声源所采取的噪声预测、优化/控制、验证等技术手段，涉及声学、飞机总体设计、结构动力学、空气动力学、飞行力学、振动噪声控制和主动噪声控制等学科（领域）的设计、试验技术，包含了大量的研究、计算和试验工作。实际设计过程中还需要反复迭代。离开系统工程方法和需求管理工具的支持，难以实施噪声控制的正向设计，实现噪声控制设计流程与飞机主设计流程的融合。以往经验表明，如果没有正向设计这一前提作为支持，飞机设计完成后再开展降噪设计，成本巨大，效果有限。

飞机噪声总体设计指标论证

确定飞机噪声设计目标和总体设计指标，是新舟700飞机研制伊始就开展的一项关键工作，要充分考虑市场需求、适航规章和环境保护标准、现有涡桨支线飞机技术水平。必须认识到适航规章和环境保护标准是阶梯式变化的，其噪声限值削减趋势和修订时间对飞机适航取证和衍生机型研制有巨大影响。

针对适航规章和环境保护标准、座舱舒适性、地勤劳动保护三个方面，新舟700飞机分别提出了适航噪声、舱内噪声、停机坪噪声三个噪声总体设计目标和指标。其中，适航噪声设计指标满足当前CCAR/FAR36部和ICAO附件16第4章要求，并考虑了充分的裕度，以应对第五阶段噪声修订和型号未来系列化发展的需要；舱内噪声设计指标不低于同类飞机水平，能够为乘客提供良好的客舱声环境；停机坪噪声满足ICAO附件16第9章要求，虽然此要求是非强制性的推荐标准，但考虑到新舟700飞机进入欧美市场可能遇到劳动保护法规限制，提出停机坪设计目标是必要的。

噪声设计指标分解

噪声设计指标分解是落实飞机噪声总体设计指标，驱动、指导各相关专业和供应商开展协同设计的关键设计环节。

在新舟700噪声设计指标分解工作中，首先针对适航噪声、舱内噪声和停机坪噪声的主要声源和声传播途径进行识别，确定对噪声/降噪贡献大的系统、设备和部件。通过经验方法和参考数据，将飞机总体设计指标分解至相关系统和部件，利用分解设计指标和要求开展选型和概念设计。在初步设计和详细设计阶段，对分解设计指标反复迭代、验证和优化，确保以最小成本和重量，经济、合理地完成各系统声学设计。

噪声分解设计指标是噪声控制设计要求和需求中的关键内容，通过需求管理设计平台将噪声分解设计指标及设计要求贯彻到相关专业，保证噪声控制设计能够系统、高效地开展。

设计方案和设计指标的验证

飞机噪声与不同波长声波的传播、散射和反射特性密切相关。低频的螺旋桨谐波噪声和飞机构型的影响，通过实验室试验和仿真分析不能充分模拟或评估。因此，通过专门设计的地面或飞行试验评估和优化设计方案、验证设计指标是必要和有效的设计手段。

在详细设计阶段，利用现有新舟60飞机平台开展设计方案的演示验证。通过试验，验证声源预计方法，评估和优化声学措施，为精确评估设计目标、优化减重、降低设计风险提供了第一手数据。

在试飞阶段，通过发动机、APU和环控系统声学试验及螺旋桨同步定相试验等研发试验识别、验证和优化飞机噪声特性，为顺利完成适航噪声、舱内噪声和停机坪噪声验证试验，实现各项噪声设计指标铺平道路。

适航噪声验证试验依据36部适航规章表明符合性，所有符合性验证工作在局方的批准和监控下完成。经验证的、符合适航规章的新舟700适航噪声级，是飞机取得型号合格证，进入国内外市场的必要条件；舱内噪声验证试验依据ISO5129进行，舱内噪声级虽然没有强制标准要求，但这是新舟700飞机对客户和乘客的保证，必须以最优的性能参与市场竞争。

以我为主国际协作

新舟700是一型国际化合作的涡桨支线飞机产品，噪声控制设计也离不开与国外供应商的密切合作。在新舟700设计流程框架下，严格依据各系统分解设计指标推动与供应商的协同设计，保证设计过程风险可控。

从设计选型开始，与主要声源系统/设备供应商，尤其是发动机、螺旋桨供应商，就设计指标、噪声保证、权衡研究进行了充分的技术协调。其中，与道蒂完成了多轮螺旋桨近、远场噪声预计与优化；与加普惠完成了多轮适航噪声预计以及飞越航迹优化。与国外供应商的密切合作是实现新舟700噪声设计指标的重要保证。

在噪声设计指标分解、噪声预计和优化方面，与西门子专业团队开展技术合作，解决仿真分析遇到的一些关键技术难题，为新舟700飞机舱内噪声控制设计方案提供了有力支撑。

全生命周期设计，持续保障

新舟700飞机客舱舒适性一定程度上取决于客舱噪声和振动水平，两者相互影响，设计时应综合考虑。同时，在设计时必须考虑飞机服役后在运营中可能引起震动显著改变的关键因素，以及振动变化对客舱噪声的影响。

新舟700为更好地控制运营中飞机振动，专门研制振动监测系统，它能够为用户提供便利的日常维护和调整，保证飞机能够始终保持在最低的振动水平下运行，实现最优的客舱舒适性。

通过新舟700飞机研制，建立了完整的涡桨支线客机噪声控制设计能力，同时，为系统性改善现有新舟60飞机客舱舒适性提供了设计参考。