應用案例 | 飛機噪聲認證面臨的巨大挑戰(zhàn)

顛覆性的空客H160已按計劃于年終通過認證,與先前任何其它型號的直升機相比,該機型更平穩(wěn)、污染和噪音更少。

但全新的飛機怎樣才能通過飛行認證?

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空中客車公司(Airbus)簡介      

空中客車公司是全球航空、太空及相關服務的領先企業(yè)。空中客車公司可提供100至600座以上最全面的客機,是歐洲空中加油機、戰(zhàn)斗機、運輸機和專用機領域的領先企業(yè),也是全球太空業(yè)務巨頭之一。在直升機領域,空中客車公司在全球范圍內(nèi)提供最高效的民用與軍用旋翼機解決方案。

空客H160直升機的客戶演示于去年5月在新澤西州特倫頓市(Trenton)完美落下帷幕。在為期四天的演示活動中,52家客戶(包括23名飛行員)齊聚活動現(xiàn)場,體驗了這款新型客機??蛻魝兘豢诜Q贊該機型自動駕駛系統(tǒng)的動力、先進技術、低噪聲級以及平穩(wěn)振動特性。*出席演示活動的Union Holdings公司代表Joe Drummelsmith稱:“無論是起動還是在航行過程中,這款機型均呈現(xiàn)出超靜音特性。它的操縱性能實在令人難以置信!”

按其尺寸和性能劃分,H160直升機屬于“中型”飛機,可用作貴賓專用機、石油鉆塔鉆井隊運送機,也可用于提供急救醫(yī)療服務以及其它商業(yè)和工業(yè)用途。這款飛機最多可乘坐12名乘客,最遠可飛行460海里,速度上限(VNE)為每小時170英里。相較于前一代發(fā)動機,該機型發(fā)動機的耗油量降低了15%;憑借具有創(chuàng)新外形的轉(zhuǎn)子葉片,這款飛機的靜音性能明顯優(yōu)于同類競爭機型,具體計算結(jié)果見下文。

量化比較
從地面測得的噪聲值是飛機認證過程的一部分(詳見國際民航組織(OACI)認證標準附錄16)。
任何民用飛機在正式投用前,必須通過歐洲航空安全局(EASA)和美國聯(lián)邦航空管理局(FAA)等機構(gòu)的認證。在 噪聲認證這一測量和計算過程中,必須針對 飛機進場、起飛和低空飛行等操作,生成 有效感知噪聲級(EPNL)。認證過程十分嚴格,必須在開發(fā)階段一開始完成認證,以了解飛機的噪聲性能等級(NPL),這對空客客戶非常重要,尤其是商用運輸機。
由空客直升機測試中心“機上整合測試”主管R. Corbiere負責,空中客車公司在法國馬里尼亞納(Marignane)的試驗機構(gòu)開展了H160認證測試。需嚴格按照測試程序的要求選擇和準備試驗場地,并定期對測量系統(tǒng)實施聲學校準。這意味著每個試驗階段均需安排由機組人員、地面試車人員以及認證機構(gòu)代表組成的關鍵人員團隊參加試驗,該團隊成員之間必須精誠合作,以確保儀器儀表能在首次試車時記錄下所有測試情況。
空中客車公司聲學測試專家G. Marrou解釋道:“每次試車的費用都相當高,包括原型機飛行時數(shù)的高昂成本,以及完成試車所需的人力資源成本。這正是我們必須在首輪測試時就獲得精確測量結(jié)果的原因。另外,我們還必須縮短整個系統(tǒng)在現(xiàn)場的安裝時間以及數(shù)據(jù)處理時間?!?
空中客車公司最終選用了Brüel & Kj?r的商用現(xiàn)貨(COTS)飛機噪聲認證測試系統(tǒng),該系統(tǒng)符合國際民航組織(ICAO)關于飛機噪聲認證等級測量的技術標準。
利用該系統(tǒng),各個校準過程、對基準日條件和測量系統(tǒng)響應結(jié)果的校正等所有必要任務都包含在內(nèi),從而全面支持噪聲測量過程的所有階段。最后,H160直升機的聲學認證測試活動于2017年9月開展,在 兩天時間內(nèi)需記錄75次試車情況,飛行時數(shù)長達6.5小時,測量系統(tǒng)無技術缺陷。G. Marrou說道:“一旦我們利用Brüel & Kj?r的系統(tǒng)完成了所有必要的測量工作,我們即可通過專用的確認軟件整合飛機航線、飛機在空中的溫度及相對濕度等要素。得出最終計算結(jié)果后,即可獲得正式的有效感知噪聲級(EPNL)并將之提交給歐洲航空安全局(EASA)認證?!?

試驗裝置

試驗設備設有兩個測試工作站,一個是測量站,另一個是測試監(jiān)測站。測量站由 Brüel & Kj?r的“便攜式”測量設備組成,具體包括由電池供電的數(shù)據(jù)采集硬件以及Brüel & Kj?r的各種傳聲器。傳聲器與便攜設備相距150米。測量站可與測試監(jiān)測站進行無線網(wǎng)絡(Wi-Fi)通信,并配有一根全球定位系統(tǒng)(GPS)衛(wèi)星接收天線,以使噪聲測量與飛機時間和位置保持同步。
通過測試監(jiān)測站控制測試工作,并且在整個測試過程中可實時顯示實際測得的噪聲級。操作人員可通過測量站啟動和關閉遠程測量系統(tǒng)并上傳數(shù)據(jù),以便完成計算工作并編寫報告。測試監(jiān)測站可與飛機通信,以獲取位置數(shù)據(jù),并與本地氣象站通信,從10米高度處記錄氣象數(shù)據(jù)。
直升機起飛并按預定路線飛行。機載系統(tǒng)可跟蹤飛機的具體位置。 安裝在地面的Brüel & Kj?r系統(tǒng)可在飛機飛行時記錄噪聲。
根據(jù)有關標準校正記下的測量數(shù)據(jù),并將之立即上傳至測試監(jiān)測站。最后,將獲得的現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸至內(nèi)部或第三方軟件,計算出正式的有效感知噪聲級(EPNL)。

改進研發(fā)過程

盡管正式的EPNL是認證結(jié)束后獲得的首個結(jié)果,Brüel & Kj?r系統(tǒng) 可針對直接測試驗證隨時提供實時初始EPNL。此類結(jié)果在研發(fā)過程中非常有用,空客工程師可在整個過程中將之用于必要的噪聲級改善。

準備投用

2018年8月,歐洲航空安全局(EASA)正式通過了空客H160的聲學認證。第一個系列的H160于2018年12月14日完成首航。在該機型于2020年正式投用前,預計將于2019年末通過認證。
G. Marrou談到:“我們必須在研發(fā)階段獲得精確的噪聲測量結(jié)果,這對我們尤為重要。這有助于我們了解自身在必須達到的核準限值方面的實際狀況,并有助于我們提高開發(fā)過程的效率。”
憑借噪聲認證與內(nèi)部噪聲測試的龐大需求量,空中客車公司幾十年來一直是Brüel & Kj?r的忠實客戶。G. Marrou談到:“我們認為如此多高質(zhì)量的設備均為現(xiàn)貨且可根據(jù)我們的需求進行定制,當然,這需經(jīng)有關機構(gòu)的必要事先批準。對我們而言,在保證高可靠性和持續(xù)支持的前提下,適時獲得正確測量結(jié)果意義重大。”


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