新舟60飞机APU排气噪声测量和分析

　　引　　言

　　新舟60飞机在停机待客过程中,安装在飞机上的辅助动力装置(APU)的噪声辐射较为严重,影响了新舟60飞机的形象。为了改善飞机在地面停机状态的环境质量,需通过一定的降噪措施,降低APU的噪声辐射。新舟60飞机上安装的APU属于GTCP36-150系列,它实际上是一台小型涡轴发动机,其排气噪声包括燃烧噪声、涡轮噪声和喷流噪声,总噪声所含频率范围较宽,总噪声级较高[1]。为了获取APU排气噪声可靠声场的信息和声源的特征,确定最佳消声方案,在西安飞机集团公司现场详细测量了新舟60飞机APU装机的噪声场。

　　1　实验条件、测量系统概述

　　实验在西安飞机集团公司机场上进行,APU排气管为钛合金硬壁弯管,如图1。测量系统包括传声器—延伸电缆—声级计—计算机,如图2所示。

　　测量点的布置原则是:既能获取源噪声的频谱特性和指向性,又要尽可能避免排气流的冲击。最终选定的测点布置如图3所示,即在排气口外侧180°范围内每隔30°布置一测点,所有测点在同一水平面内,传声器离地高度都是排气口最高点再加100mm,传声器距离排气口中心点1.0米,传声器轴线顺气流方向,感受面指向下游。

　　实验的APU工作状态有满载状态和轻载装态。每个APU工作状态下测量0°~180°范围内7个测点的声级和频谱信号,每点重复记录3次。

　　2　测量结果和分析

　　频谱特性:APU轻载工作状态下,60°、120°两个位置上排气噪声的频谱特性为图4所示,相应的1/3倍频程频谱如图5所示。APU满载工作状态下,60°、120°两个位置上排气噪声的频谱特性如图6所示,相应的1/3倍频程频谱如图7所示。

　　由图4、5、6、7可见,不论在哪一种工作状态,APU的排气噪声均属于宽频噪声。轻负载状态下的排气噪声主要是1000Hz以上的高频噪声,而满负载状态下的排气噪声除了高频含量之外,在400~1000Hz范围内也有较强的噪声。高频噪声主要是由于流过涡轮叶片的随机非定常流动或湍流,包括边界层、叶片尾迹、进口气流等中的湍流,产生涡轮宽频噪声。在400~1000Hz范围内的噪声,主要是由燃烧室产生的燃烧噪声。燃烧噪声是由于燃烧过程中强烈的湍流流动产生的,因此燃烧噪声的频谱表现为典型的宽频带噪声谱。而且,燃烧噪声级的大小与负载有关,轻载时,由于加热量少,声级较低,满载时声级较高,为了说明轻载和满载时的噪声频谱特性,图8、9给出了60°、120°位置上两个不同的APU工作状态的排气噪声频谱比较。

　　指向性:APU用燃气涡轮发动机排气噪声有非常强的方向性,图9表示了两种不同载荷工作状态下,排气口外0°~180°范围内各测量点的A加权声级。在所示测点分布的60°方向噪声辐射较强。噪声值:测量的每一点噪声值见表1。