基于Pulse系統(tǒng)的飛機噪聲測試與評估

張銀波

（中國民航大學航空工程學院，天津 300300）

基于Pulse系統(tǒng)的飛機噪聲測試與評估

張銀波

（中國民航大學航空工程學院，天津 300300）

飛機噪聲測試與評估在民航領域是一個重要的研究課題.基于高精度的信號采集設備和傳感器來進行試驗測試一直是進行飛機噪聲分析的有效方法,基于Pulse測試系統(tǒng)以及CCAR36部,以實際工程問題為例,開發(fā)了一套用于飛機噪聲適航取證的測量系統(tǒng)和評估軟件,對于發(fā)展國家大飛機工程,進行飛機噪聲適航取證具有重要的現實意義.

Pulse；飛機噪聲；適航；CCAR36

飛機發(fā)動機噪聲是機場及其周邊噪聲的主要聲源，降低飛機噪聲是抑制機場噪聲的源頭和有效方法。在居民對環(huán)境保護要求越來越高的情況下，國際民航組織（ICAO）和發(fā)達國家越來越重視對噪聲的控制和研究。ICAO制定了國際民航公約附件16（第Ⅰ卷）《環(huán)境保護國際標準和建議措施》來控制噪聲，把飛機按噪聲劃分成第一、二、三章階段的飛機[1]。在民航客機研制過程中，運輸類飛機適航標準，如CCAR36、FAR36（聯邦航空規(guī)章36）、JAR36（歐洲聯合航空規(guī)章）是民用飛機進行噪聲適航審定的基本依據。對于飛機噪聲適航，國外已形成比較成熟完善的理論體系，并提出了相應的噪聲適航符合性驗證流程。相反，國內民航客機研制起步較晚，安全性設計落后，在適航符合性驗證、法規(guī)方面的研究才剛剛起步[2]，現行符合性驗證、法規(guī)大都由國外標準直接翻譯而來。本文結合某在研支線飛機噪聲適航工作的實際情況，對飛機噪聲適航符合性驗證方法進行深入研究，初步建立一套飛機噪聲測試與評估系統(tǒng)，用于噪聲適航符合性驗證工作。

1 飛機噪聲測試系統(tǒng)設計

在飛機噪聲適航符合性驗證系統(tǒng)中，CCAR36部對氣象、場地及噪聲測量設備均提出了具體要求，以確定在各個具體的噪聲測量點位置飛機產生的1/3倍頻程噪聲隨時間的變化數據。

1.1 測量系統(tǒng)設備介紹

Pulse測試系統(tǒng)具有5通道到40通道乃至更多通道的數據采集終端，是功能強大的前端控制和分析軟件?；谝陨咸攸c，本文詳細介紹了以該系列設備為依托的飛機噪聲分析過程[3]。3560C型數據采集終端可以同時采集來自5個不同傳感器的數據信息，信號類型可以是噪聲信號等，從而進行1/3倍頻程分析。另外還有4189型傳聲器、傳感器支架以及裝有Pulse系統(tǒng)計算機。

1.2 設備測試及信號采集

3560C型數據采集終端在使用三條線路與外設連接。一條是終端電源線，接口采用自鎖落套式連接[4]。一條是通過并口網線與計算機連接。另一條是通過專業(yè)連接線與傳感器連接。網絡設置成功后，計算機與信號采集終端就連接在了一起，并可以通過計算機的軟件界面對信號采集過程進行控制。接下來需對設備進行連接測試，Pulse的設置主要在Organizer菜單的3個部分完成，其主要操作流程如圖1所示。

圖1 Pulse的設置流程Fig.1 Setting process of Pulse system

測試完成后進行數據采集，此過程實際上就是對飛機運轉過程中產生的噪聲運用Pulse軟件中的time data recorder模塊進行錄音，因為在機場現場進行噪聲分析是不現實的。具體過程為：①打開time data recorder模塊，在數據采集過程中，一定避免出現量程超出的情況。于在屏幕左下角點擊【start】按鈕開始信號采集，根據CCAR36部規(guī)定，采集數據必須包括EPNL（有效感覺噪聲級）最大值10db降區(qū)間，所以根據經驗，建議采集時間為2 min，選擇【stop】，采集的數據將會以“*.pti”格式保存在預先設置好的目錄下。

1.3 軟件設置及數據頻譜分析

在進行數據采集之后需要對數據進行1/3倍頻程的分析，根據CCAR36部中的算法計算EPNL值，用于噪聲適航符合性驗證的判斷。對噪聲錄音進行1/3倍頻程分析是基于Pulse實現的，與硬件無關，具體操作如下：

1）打開Pulse軟件，分別運行Configuration Organizer、Measurement Organizer和 Function Organizer并創(chuàng)建任務欄。在MeasurementOrganizer中，應用open time history功能，讀入飛機噪聲錄音數據文件。

2）創(chuàng)建信號組，向信號組中添加信號，在菜單屬性使用Insert Signal選擇要加載的信號，同時添加分析儀和觸發(fā)器。根據CCAR36部要求，飛機噪聲分析應使用1/3倍頻程函數進行分析，且需每隔0.5s進行數據采集，故在軟件中需插入CPB分析儀和觸發(fā)器。

3）向程序添加緩沖區(qū)，更改屬性：起始條件下拉菜單選擇Free Run、更新條件菜單選擇為Time Trigger、終止條件選擇Stop At End，選中Enable Multibuffer，如圖2所示。

圖2 緩沖區(qū)屬性設置圖Fig.2 Setting up of multi-buffer property

4）向分析儀添加信號組，屬性中帶寬設定為1/3倍頻程，下限頻率設為20 Hz，上限頻率設為10 kHz，計權方式設置為A計權（如圖3所示）。

圖3 分析儀屬性設置圖Fig.3 Setting up of analyzer property

5）在CPB屬性Spectra中找到先前自定義的緩沖區(qū)，在其方框前選中該項，即加載緩沖區(qū)到分析儀中；在Function Organizer中插入自譜分析函數，并更改Analyzer屬性為CPB Analyser，其緩沖區(qū)更改為TIME BUFFER，點擊run命令，進行CPB分析，結果如圖4所示。

圖4 噪聲數據進行1/3倍頻程分析Fig.4 Analysis of 1/3 octave for noise data

6）對噪聲數據分析后，使用Pulse報告管理功能，將結果直接輸出到*.txt。其數據表由每0.5 s 24個中心頻率聲壓級形成，其最小中心頻率為50，最大的為10 000。

2 EPNL（有效感覺噪聲級）計算

根據CCAR36部中36.803[5]規(guī)定，對飛機噪聲適航評估必須使用EPNL進行評定。且必須使用附件B計算EPNL。附件B中給出了計算EPNL的各項要求，包括：

1）使用吶（Noy）表把24個1/3倍頻換算成感覺噪度。然后將吶值相加，得到總感覺噪度，然后換算為瞬時感覺噪聲級PNL（k）

2）為了評估對出現最大純音的主觀反映，需對每個頻譜計算純音修正因子C（k）。

3）對于每0.5 s時間段，將C（k）和PNL（k）相加，計算純音修正感覺噪聲級PNLT（k）。其瞬時值應按時間排列，并確定其最大值PNLTM。PNLT（k）由下式確定

4）持續(xù)時間修正因子D是通過PNLT（k）與時間關系曲線通過積分而計算的

5）有效感覺噪聲級EPNL通過PNLTM與D的代數和而確定

6）飛機噪聲適航合格審定判定要求：

對飛機起飛、邊線及進場規(guī)定測量點的噪聲數據進行處理，可計算3種工況下的EPNL，最終實現飛機噪聲適航合格審定，若要判斷飛機在噪聲限制方面屬于哪一階段，第C36.3條給出了相應的判斷條件。根據國內民航法規(guī)規(guī)定，只有滿足第3、4階段的飛機才能進入運營市場。

3 飛機噪聲評定系統(tǒng)開發(fā)

作者結合EPNL的算法，基于VB程序開發(fā)了飛機噪聲評估系統(tǒng)，程序實現功能有：頻譜分析數據的讀入；起飛、邊線、進近工況下規(guī)定測量點EPNL計算；飛機噪聲適航合格判定，根據EPNL判斷飛機處于哪個階段，是否符合法規(guī)要求。圖5給出了飛機進場工況下，每隔0.5 s，24個中心頻率對應的聲壓值。采集的飛機噪聲主要來源于國內某在研飛機。圖6、圖7給出了飛機進場時EPNL計算及評定結果，由圖7可以看出，在進場條件下，該飛機屬于第3階段。同樣此程序也可實現起飛和邊線工況下EPNL計算及噪聲評定。

Aircraft noise testing and evaluation based on Pulse system

ZHANG Yin-bo
（College of Aeronautical Engineering，CAUC，Tianjin 300300，China）

Aircraft noise testing and evaluation is an important project in the area of aviation all the time.It is always the most effective method to analyze the aircraft noise through high precision signal collectors and sensors.Based on actual engineering examples，the testing system and evaluation software for aircraft airworthiness certification is introduced through Pulse testing system and CCAR36.It has big significance for the aircraft engineering development and noise airworthiness certification.

Pulse；aircraft noise；airworthiness；CCAR36

圖5 飛機進場時噪聲數據Fig.5 Noise data during aircraft approach

V23

:A

:1674-5590(2015)01-0029-03

2013-10-15；

:2013-12-02

:中國民航大學科研基金項目（06kym12）

張銀波（1979—），男，河南新鄭人，講師，碩士，研究方向為航空機械.