低空盤旋“震”死364只雞!直升機噪聲為什么這么大?
據(jù)“興業(yè)公安”公眾號11月30日消息,11月24日星期六下午1時許,廣西壯族自治區(qū)玉林市賣酒鎮(zhèn)樂太烏鴉沖村的幾名群眾驚慌失措地跑到賣酒派出所報警稱:當天上午11時左右,一架直升飛機飛到他們家雞棚上方低空盤旋,發(fā)出巨大噪音,364只雞被“震”死了。
死亡的雞 圖丨興業(yè)公安
經(jīng)當?shù)嘏沙鏊喾铰?lián)系,11月28日上午,派出所將某航空公司、某農(nóng)牧集團小平山分公司、養(yǎng)殖戶三方代表請到所內(nèi)進行調(diào)解。在民警的主持下,甲方某航空公司與乙方養(yǎng)殖戶簽訂了和解協(xié)議書,甲方一次性賠償乙方12584元。
和解協(xié)議書 圖丨興業(yè)公安
在將死雞解剖后,發(fā)現(xiàn)雞的腹腔內(nèi)有大量血塊。經(jīng)專業(yè)人員了解,動物在受到驚嚇時,分泌的腎上腺素會促使心跳突然大幅度加快,血液短時間內(nèi)沖刷心肌細胞致使心肌撕裂、出血。這種現(xiàn)象被稱為 “雞群應(yīng)激死亡”。
被直升機噪音導致的動物致死,在世界范圍并非首次。同樣的事情2016年發(fā)生在泰國,泰國南部一家軍用直升飛機在下降過程中因強風震動和噪音對附近的養(yǎng)雞場產(chǎn)生巨大影響。直升機發(fā)出的超大聲響與強烈氣流導致2385只雞驚嚇暴斃,養(yǎng)雞場場主也因此損失慘重。
雖然對于直升機使用者來說,聽到直升機旋翼旋轉(zhuǎn)的聲音,表明直升機正處于安全的飛行狀態(tài),可能它正在拯救生命,或是在商業(yè)運營之中,但對于普通民眾而言,這種聲音只是一種非常不受歡迎的噪聲尤其在低空飛行中,已經(jīng)嚴重影響到了人們正常的作息生活,那么直升機的噪聲為什么這么大呢,它的噪聲源主要是什么,該如何去改善呢,我們一起進行探討。
直升機噪聲來源
渦軸發(fā)動機、傳動系統(tǒng)及旋翼系統(tǒng)作為三大主要動部件,是直升機絕大部分噪聲來源。渦軸發(fā)動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速一般在20000~60000r/min,旋翼系統(tǒng)轉(zhuǎn)速范圍一般不超過500r/min,而傳動系統(tǒng)是將高轉(zhuǎn)速發(fā)動機功率轉(zhuǎn)化為低轉(zhuǎn)速旋翼空氣動力的橋梁,其傳動鏈上各級齒輪轉(zhuǎn)速介于旋翼低轉(zhuǎn)速與發(fā)動機轉(zhuǎn)子高轉(zhuǎn)速之間,因此直升機噪聲頻率從低到高,涉及范圍很大。
渦軸發(fā)動機噪聲
渦軸發(fā)動機主要噪聲來源于氣流通道中引起的氣動噪聲以及發(fā)動機結(jié)構(gòu)振動產(chǎn)生的機械噪聲,其中氣動噪聲與結(jié)構(gòu)振動相互耦合,使得發(fā)動機噪聲研究成為異常復雜的多物理場耦合問題。
傳動系統(tǒng)噪聲
傳動系統(tǒng)噪聲主要源于因齒輪嚙合誤差引起的高頻嚙合激振力引起的機匣、支架等結(jié)構(gòu)的振動而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)性噪聲。傳動系統(tǒng)噪聲與機械振動緊密聯(lián)系且相互耦合影響,一方面振動可能影響系統(tǒng)性能,導致系統(tǒng)零部件過早疲勞,甚至失效;另一方面?zhèn)鲃酉到y(tǒng)噪聲是直升機艙內(nèi)噪聲的最主要來源,對直升機乘員直接產(chǎn)生不利影響。
旋翼系統(tǒng)噪聲
渦軸發(fā)動機及傳動系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲由于頻率較高,在傳播過程中衰減很快,因此影響范圍主要集中于機艙內(nèi)的乘員。旋翼系統(tǒng)轉(zhuǎn)速較低,與空氣作用產(chǎn)生的低頻噪聲穿透能力強,對于直升機周邊環(huán)境而言,旋翼系統(tǒng)噪聲為主要成分。
由直升機旋翼的空氣動力槳葉拍擊空氣產(chǎn)生的噪聲是很難消除的。槳葉拍擊空氣噪聲(BVI),主要發(fā)生于直升機下降期間,旋翼槳葉與葉尖渦流的互相作用,產(chǎn)生了一個復雜的非定常的壓力場,并以高脈沖的噪聲在旋翼下向下傳播。而高速脈沖噪聲(HSI)是由旋翼前行槳葉上的跨聲速氣流的激波產(chǎn)生,首先從槳葉的葉尖附近開始,并向直升機的前方傳播。直升機尾槳噪聲相對于旋翼的噪聲頻率更高,而且又恰好處于人耳聽覺中最敏感頻譜段,所以更是令人討厭。
如何降低直升機噪聲的影響
美國聯(lián)邦航空局(FAA)于2013年5月建議提高直升機的飛行高度,并改變直升機在經(jīng)過城鎮(zhèn)附近時的飛行路線,以減輕噪聲影響。另外,F(xiàn)AA正在和當?shù)卣黄鹪囼炓恍┯晒娊ㄗh的,在太平洋海岸高速公路和克倫肖(Crenshaw)公路上空的飛行路線,以使直升機噪聲“淹沒”在路面交通的噪聲當中。芝加哥直升機快車公司也提出了類似的策略,沿著高速公路和鐵路,設(shè)計直升機旅游觀光路線,同時將直升機的飛行高度設(shè)在600m以上,以進一步降低噪聲的影響。
當直升機飛行高度或直線距離增加一倍時,噪聲會減少6~7dB
FAA于2004年發(fā)布了一個“非軍用直升機的城市噪聲研究”報告,引用了大量研究,結(jié)論是可以用提高飛行高度的方式降低噪聲對地面的影響。這是一個由飛行員管理的政策,并借用倫敦直升機機場的經(jīng)驗,政策要求直升機的飛行高度要在300m以上,并要在河道上飛行。
根據(jù)美國直升機協(xié)會(HAI)“友好飛行指南”公布的數(shù)據(jù),當直升機飛行高度或直線距離增加一倍時,噪聲會減少6~7dB。為了滿足直升機在飛越噪聲敏感區(qū)域時的實際噪聲不高于65dB的標準,要求輕型/小型直升機的飛行高度應(yīng)該不低于300m,而中型直升機則不低于600m。在一個安靜的臥室中噪聲應(yīng)在40dB以下,在嘈雜的辦公室中的噪聲應(yīng)在約60dB,如果噪聲高于65dB則會對語言交流產(chǎn)生較大影響。
盡管提高直升機的飛行高度可以明顯地降低地面噪聲,但這也帶來了飛行安全的問題。例如,在洛杉磯盆地地區(qū)共有138個直升機場,如果要求在那里飛行的直升機都提高飛行高度,就不免會在已經(jīng)很繁忙的空域與固定翼飛機的航線產(chǎn)生沖突。
直升機降噪技術(shù)
降噪技術(shù)可以分為被動噪聲控制技術(shù)和主動噪聲控制技術(shù)兩種。
被動噪聲控制技術(shù)
對于旋翼噪聲的解決方法是限制槳尖速度,采用先進的翼型和槳尖形狀。降低槳盤載荷和槳尖速度、增加槳葉片數(shù)可以有效降低載荷噪聲。厚度噪聲主要與槳葉片數(shù)、旋轉(zhuǎn)速度以及翼型參數(shù)(厚度、寬度)等因素有關(guān),減小這些參數(shù)值可以降低厚度噪聲。
ONERA和DLR 聲學優(yōu)化旋翼項目設(shè)計了用于4-6噸直升機的經(jīng)過聲學優(yōu)化的旋翼(ERATO),其槳葉形狀見下圖。具體優(yōu)化措施是:通過優(yōu)化弦長的展向分布和采用雙后掠減小渦的強度以降低BVI噪聲;采用先進翼型減小翼型厚度,選擇優(yōu)化槳尖以減少厚度噪聲和低頻載荷噪聲。ERATO旋翼與矩形槳葉的7AD旋翼(槳葉見圖1)的試驗結(jié)果比較顯示HSI噪聲降低3.6dBA,BVI噪聲降低7.6 dBA,
歐直公司的中型雙發(fā)直升機EC145采用了噪聲優(yōu)化旋翼和精確的轉(zhuǎn)速控制規(guī)律來降低噪聲。優(yōu)化旋翼的一個設(shè)計參數(shù)是通過增加弦長,減小旋翼直徑來減少槳尖速度使噪聲輻射最小。另一設(shè)計參數(shù)是考慮翼型厚度,EC145旋翼在槳尖區(qū)有遞減的外形厚度,以減小厚度噪聲和HSI噪聲。EC145還采用了經(jīng)過高升阻比優(yōu)選的OA4系列翼型和OA312翼型,以減小阻力馬赫發(fā)散數(shù)提高超音速特性,使聲輻射(特別是高速前飛時)減小。
主動噪聲控制技術(shù)
最近,為減振發(fā)展的高階諧波控制(HHC)和獨立槳葉控制(IBC)方法已經(jīng)被研究用于減少旋翼BVI噪聲。已經(jīng)進行的采用HHC方法控制BVI噪聲的旋翼風洞試驗顯示,用開環(huán)控制可減少約5-6dB。高階諧波旋翼聲學試驗(HART)用開環(huán)控制BO-105旋翼,表明由于諧波輸入降低了振動和噪聲水平,進一步由飛行試驗獲得的噪聲數(shù)據(jù)證實了此結(jié)果。在BO-105旋翼和UH-60旋翼上用IBC系統(tǒng)控制噪聲的風洞試驗結(jié)果表明,通過仔細選擇開環(huán)控制輸入可以降噪5-12dB,最近的閉環(huán)IBC控制試驗也得到了相同的結(jié)論。
然而最近的研究表明控制率的算法中應(yīng)增加噪聲水平作為目標函數(shù),否則在主動控制減振同時噪聲也許會增加。 對于主減速器的降噪可以在主減速機匣的支撐桿采用主動控制技術(shù),形成主動支撐桿或智能支撐桿,以有效消減齒輪產(chǎn)生的嚙合噪聲,并且能適應(yīng)直升機工作條件變化所帶來的旋翼轉(zhuǎn)速的變化。 直升機艙內(nèi)還可以采用揚聲器作為控制器的主動消聲系統(tǒng)。
來源:航空制造網(wǎng)綜合自觀察者網(wǎng)、中國航空新聞網(wǎng)、晴空通航信息咨詢
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