当你置身于机场或机场附近时,听一听飞机起飞的声音,就会很容易地明白,降低飞机噪音为何是航空航天工业在环境保护方面所优先考虑的因素。
然而,任何降低噪音的解决方案,都可能会导致飞机的整体性能出现下降,这是每家制造商都会面临的一种窘境。为追求引擎的静音效果,要么在推动力方面,要么在燃油效率方面作出妥协。
罗尔斯罗伊斯公司是世界上著名的飞机发动机制造公司之一。该公司副研究员Joe Walsh介绍,噪音控制是航空领域极为重视的一大课题,噪音控制应成为飞机制造的设计理念的基本组成部分,以确保产品对环境的影响降到最低。
而在罗尔斯罗伊斯公司,“在发动机设计的初期,就开始关注噪音问题,并和废气排放及燃油效率一起被列为环境方面的三大当务之急。”Walsh向本报记者表示。
飞机降噪的难点在于寻找噪音削减方式,同时又不能以增加油耗和二氧化碳排放为代价。
据介绍,航空发动机通过吸入空气、加速空气运动,然后从后部喷出为飞机提供推力。在为飞机提供前向推力的同时,空气以接近每小时800英里的速度从发动机后部喷出,从而生成了噪音。
最近几十年,大涵道比发动机的开发成为影响飞机发动机噪音降低的一个主要因素。
Walsh介绍:“这些发动机的风扇更大,通过吸入更多空气来更加缓慢地推动空气,使其更为平缓地通过发动机,从而在产生推力的同时生成更少的噪音。这使发动机在更加安静的同时,又不会损失动力。”
通过采用非常先进的材料和制造方法,制造商们已经解决了生产大风扇发动机的难题。例如,罗尔斯罗伊斯发动机前端的中空钛合金风扇叶片,是由6所大学使用60多项专利以及一种独特的制造流程开发而来的。这些风扇叶片不仅有令人难以置信的强度,而且重量很轻。
在发动机前端超强风扇的周围是吸音板。声音振动通过吸音板的多孔面板,进入下面的小蜂窝中,部分能量转换为热量。这些吸音板都经过了专门设计,运用了详尽的噪音测绘技术,来吸收风扇发出的大部分噪音。为了达成静音效果,之前曾通过反复实验,采用数百个麦克风对噪音测绘的效果加以验证。
罗尔斯罗伊斯公司采用的另一项噪音削减技术是通过改变组件设计来影响声音传播方向,将某些频段的声音囚禁在发动机内部,而不是让它们扩散出去。
Walsh说:“我们在发动机设计初期,就致力于降低飞机噪音,在决定飞机所使用的发动机尺寸时,始终将噪音要求牢记于心。所有的这些努力都贯穿到设计的详细过程中,其间任何一个可能的微小改动就会带来显著不同的效果。”
罗尔斯罗伊斯的工程师对每个风扇叶片的尖端都要进行研究,以确保它们完美无缺地排列对齐。对细节的这种关注有助于降低叶片尖端以超音速旋转时振动波产生的噪音。
为了保持最近几十年已经实现的噪音削减率,罗尔斯罗伊斯公司广泛地与行业和学术界开展合作。
位于英国南安普顿大学声音与振动研究所的噪音技术中心为噪音预测和控制提供着至关重要的帮助。该研究所的科学家采用理论与实验相结合的方法来削减噪音。他们正是罗尔斯罗伊斯公司的合作伙伴。
欧盟已经制定目标,将通过开发相关技术,在2050年前使飞机噪音烦扰度与2000年同等机型的噪音水平相比降低65%。
“实现这些目标要求整个行业付出巨大努力,并需要在技术上创造变化,如利用机翼或机身来屏蔽发动机的噪音等。”Walsh认为,行业的要求将推动飞机降噪技术的发展。
空中交通管制程序也可能会使机场周边感受到的噪音大为改观。例如,如果飞机能够更陡直地降落,那么可能会降低油耗、大气污染和噪音水平。此外,机场运营商、空管机构和航空公司之间更加紧密的合作,也会使飞机陡然降落这一过程以及其他一些运行过程成为可能。
“我们认为跨行业方法是实现环境效益的最佳方式。为此,我们正在与飞机制造商、航空公司、机场运营商和空管专家密切合作。非常重要的一点是,我们要采取一种平衡的噪音削减方式。”Walsh表示。
据悉,最近投入商业运营装配有罗尔斯罗伊斯遄达发动机的波音787梦想飞机和空客A380,与早期的宽体客机相比,在降低噪音方面取得了显著成效。
“最新波音787梦想飞机的起飞噪音比上一代机型降低了约5分贝。”Walsh说。