eVTOL電動垂直起降飛行器研發降噪處理案例及常見方案介紹（附eVTOL研發資料下載）
eVTOL，全稱electric Vertical Take-off and Landing，即電動垂直起降飛行器，可以通俗理解為電動化且不需要跑道就可垂直起降的飛機。
近年來，中國在綠色產業方向取得了重大成就。航空產業迎來了新的機遇，eVTOL預期將在未來空中出行場景中扮演重要角色，eVTOL對國內航空產業來說也是難得的一次彎道超車機會。截至2024年3月，全球共有300家公司致力于開發電動垂直起降飛行器。
作為航空行業發展的新賽道，全球范圍內eVTOL的研發設計都是一個復雜且富有挑戰的過程。就eVTOL研發制造來說，降噪是其一大痛點，在eVTOL研發過程中必須著重關注飛行器降噪，本文為大家展開敘述目前飛行器降噪所涉及的先進技術及其研發現狀。
飛行器降噪
隨著人口稠密地區上空飛行器數量的增加，其產生的噪聲污染對環境的影響也越來越嚴重。 相關法規日益嚴格， 面對更嚴格的起飛、低空飛行和著陸噪聲規定，eVTOL研發過程中只能努力限制發動機和機身的噪聲排放。雖然電動機通常比傳統內燃機噪聲小，但要在人口稠密的城市地區上空飛行，需要滿足嚴格的聲學特征要求。專家預計，此類飛行器在300英尺處的A加權目標噪聲約為65dB，這是目前市場上最小型四座直升機所發噪聲的四分之一。此類項目只有在滿足環境噪聲要求的情況下才可行，因此，垂直起降飛行器開發人員必須將降噪作為主要目標之一。
現階段國內外各機構及企業都對eVTOL研發過程中的降噪問題進行了一定的研究:
1.美國陸軍正在尋求無聲旋翼的靜音技術解決方案。
如果軍隊未來能用無聲直升機在戰場上悄無聲息地輸送部隊和物資，作戰任務的隱秘性將大大提升。因此，美國陸軍研究人員將直升機的降噪技術視為飛機設計的重中之重。
軍方研究人員認為eVTOL旋翼產生的寬頻帶噪音（湍流引起的噪音）可能多于音調噪音。 “雖然我們不確定寬頻帶噪音的重要性，但我們知道音調噪音和寬頻帶噪音的規模是不同的。 ”Jacobellis博士說，“我們認為，隨著旋翼的小型化，寬頻帶噪聲在某些時刻將成為主要噪音源。 ”
研究人員通過實驗驗證了這一假設。在實驗中，Jacobellis博士團隊不僅測定了各種旋翼配置的聲學特性，還評估了旋翼噪聲模擬的建模能力。他們利用旋翼機綜合分析系統（RCAS）計算了葉片上的空氣動力載荷以及葉片的彎曲和扭轉，將信息輸入噪音預測代碼程序PSU-WOPWOP并計算了旋翼產生的噪聲。
研究人員發現，同軸共轉旋翼（堆疊旋翼）可能會讓直升機具備更好的性能，產生的噪音也比傳統旋翼噪音更低。堆疊式旋翼與傳統旋翼不同，其旋轉葉片分布在不同平面。其中，具有等間距旋翼葉片的堆疊旋翼，產生的噪聲水平最低。
Jacobellis博士說：“使用堆疊旋翼有利于提升eVTOL性能。自由度提高的設計也將提高效率，使聲學特征的控制增強。當然，我們還需要進行更多的研究來量化軸向間距的降噪效果。”
*試驗臺有水平方向的旋翼軸，可滿足聲學測量需求
2.NASA關于eVTOL的噪聲研究
NASA也啟動了一項“革命性垂直升降技術”（RVLT）項目，負責該項目的研究人員正在探索如何降低eVTOL多個部件的噪聲。
這項研究將促使NASA能夠開發出一種噪聲預測工具，準確建模和預測在城市中運行的eVTOL噪聲源，航空制造商們可以使用這款工具來減少eVTOL起飛、飛行和降落期間的噪聲影響。
NASA高級空中機動通信負責人特蕾莎·懷廷（Teresa Whiting）報告說：“這是NASA對傳統運輸工具和直升機進行長期研究，以了解如何降低機身和發動機噪聲的結果。”
作為RVLT項目中的一部分，美國穆格飛機制造公司（Moog Aircraft Group）研發的SureFly S250電動垂直起降飛行器原型機，在2022年夏季接受了NASA的噪聲測試。
SureFly S250成功升空后，懸停在由28個傳聲器設備組成的陣列上方，這些設備負責接收噪聲。穆格公司的研究人員表示：“為了盡量減少飛行中的噪聲，我們可以根據飛行方向引導噪聲，并用特質材料研制螺旋槳，再以更低的速度飛行。”
穆格公司表示，還將對eVTOL轉子和輪轂進行更多研究，以提高降噪效率。
目前關于eVTOL研發過程中降低噪聲的方案：
*資料來源于中國航空報3842期
eVTOL采用電機結合DEP系統降噪技術，起降時100米處的噪音小于65分貝，而在500英尺2000英尺的飛行時，幾乎接近無聲，乘客乘坐體驗明顯提升.
簡單的介紹一下DEP系統降噪技術，全稱為分布式電力推進(Distributed Electric Propulsion)系統降噪技術，是一種應用于電動垂直起降飛行器(eVTOL)的先進技術。這種技術的核心在于使用多個小型電動機和推進器，與傳統的單一大型發動機相比，能夠顯著降低音水平，DEP系統通過以下方式實現降噪:
- 電動機的低噪音特性:電動機相比于傳統的內燃機，其運行噪音要低得多。這是因為電動機沒有內燃機的燃燒過程和復雜的機械運動部件，從而減少了振動和聲的產生。
- 推進器設計:在DEP系統中，推進器的設計也對降噪起到關鍵作用。通過優化推進器的葉片形狀和數量，可以減少氣流產生的噪音。此外，通過調整推進器的轉速和推力分布，可以進一步降低噪音水平。
- 分布式推進:DEP系統采用多個小型電動機和推進器分布在飛行器的不同位置，這種分布式布局有助于均勻分布噪音源，減少單一噪音源對周圍環境的影響。
- 智能控制策略:DEP系統可以采用先進的控制策略，通過實時監測飛行器的飛行狀態和外部環境智能調整電動機和推進器的工作參數，以達到最佳的降效果。
- 降噪材料的應用:在DEP系統中，還可以使用特殊的降噪材料，如吸音材料和隔音材料，來減少電動機和推進器產生的噪音傳播。
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