軍用飛機艙內噪聲標準及測量方法研究進展

王棟杰 毛宏宇 趙玉瑩 董智明

（中國人民解放軍93208 部隊，北京100070）

1 引言

為了確保軍用飛機巡航的安全性，提高機組人員的工作效率，需要對軍用飛機的駕駛艙噪聲進行一定的限制。為此，國內外都提出了有關軍用飛機艙內噪聲標準。這些標準針對飛機在不同狀態(tài)下的駕駛艙噪聲進行了限定，飛機承制單位都按照標準要求進行飛機的噪聲設計，同時也反向推動噪聲標準在實踐應用中不斷完善。目前，對于軍用飛機噪聲標準及基于A 計權的聲壓級測量方法尚缺乏系統(tǒng)性梳理，基于這一目的，本文對國內外軍用飛機艙內噪聲標準進行梳理總結，并對相關的測量方法進行介紹。

2 國內外軍用飛機艙內噪聲標準

2.1 國外軍用飛機艙內噪聲標準

國外針對軍用飛機較早提出艙內噪聲設計標準的是美國，早在1956年美國就提出了軍用裝備艙內噪聲限值標準MIL-A-8806，并在1966年對此標準進行了更新，形成MIL-A-8806A，新標準規(guī)定了最大連續(xù)功率下的最大可接受噪聲級（例如，頻率帶寬90Hz～180Hz，中心頻率125Hz 時的最大可接受噪聲級為111dB）、正常巡航功率條件下的噪聲級（例如，頻率帶寬90Hz～180Hz，中心頻率125Hz 時的最大可接受噪聲級為104dB）、短時間噪聲暴露情況下的噪聲級（例如，頻率帶寬90Hz～180Hz，中心頻率125Hz 時的最大可接受噪聲級為118dB）、駕駛艙內的最大容許聲壓級和倍頻程聲壓級、戴頭盔并通過電子方式進行通信的飛機中的噪聲級。標準中對每一類情況下的噪聲等級在不同的頻率帶寬下進行具體的限制要求，并對輔助系統(tǒng)（Auxiliary system）以及特殊任務下的噪聲要求進行了額外的說明。

MIL-STD-1474是美國國防部于1973年發(fā)布的噪聲限制設計標準，其定義了軍事系統(tǒng)允許產生的最大噪聲水平以及測量的要求。1997年，更新為MIL-STD-1474D。MIL-STD-1474D 依據聽力損傷風險，給出了一組設計標準。該標準確定了聲學噪聲極限，并規(guī)定了測試要求和測量技術，以確定是否符合指定的噪聲極限。此外，該標準內還包括用于限制噪聲暴露的三種不同類型的“噪聲標準”：①聽力損傷風險標準（DRC），指噪聲暴露的各種描述性參數（例如聲壓級，暴露時間）與暫時性或永久性聽力損失概率之間關系的綜合陳述；②聽力保護標準，指噪聲暴露極限，如果超過該極限，則表明需要采取聽力保護措施；③物料設計標準，為設備設計師和制造商提供了特定的噪聲限制和要求，采購的材料不得超過要求的噪聲限制。設計標準是基于對聽力受損風險、語音清晰度、聽覺檢測、最新的降噪技術和法規(guī)而制定的。

2015年，MIL-STD-1474 進行了重大的更新，形成MIL-STD-1474E。相較于MIL-STD-1474D，新版本的可讀性大幅提升，減少了有沖突的指導內容，并鞏固了武器系統(tǒng)以及地面，空中和水上平臺產生的穩(wěn)態(tài)和脈沖噪聲的通用要求。該版本規(guī)定了噪聲極限，并規(guī)定了測試要求和測量程序，以確定是否符合標準描述的噪聲極限，是一組設計標準。MIL-STD-1474E 規(guī)定了聲壓級限制和測量程序，語音清晰度和聲學檢測和識別的安全性；規(guī)定了軍事系統(tǒng)產生的最大允許噪聲級以及測量這些噪聲級的測試要求。旨在解決在典型操作條件范圍內以及系統(tǒng)的整個生命周期內發(fā)出的噪聲水平，涵蓋了軍用車輛、飛機、輪船、通用設備、便攜式庇護所的穩(wěn)態(tài)噪聲測試以及武器和爆炸物材料的脈沖噪聲測試。

2.2 國內軍用飛機艙內噪聲標準

國內針對軍用飛機艙內噪聲的研究相對較晚，且缺少針對特定武器平臺的具體噪聲標準，目前艙內噪聲主要受到GJB 50A、GJB 565A 以及GJB 1357這三個標準的共同規(guī)范。

1985年國內首次出版了《GJB 50 軍事作業(yè)噪聲容許限值》，該標準主要適用于脈沖噪聲以外的軍事作業(yè)噪聲。該標準首次提出了每日連續(xù)暴露8小時、每日連續(xù)暴露不到8 小時、暴露于多個聲級的噪聲、暴露于含有窄帶噪聲或純音成分的噪聲等多種軍事作業(yè)的噪聲容許限值。同時，該標準提出在噪聲超過容許限值的環(huán)境下工作的操作人員需佩戴護耳器，且給出了在使用單種護耳器、組合護耳器等情況下的噪聲容許限值。

2011年出版的《GJB 50A 軍事作業(yè)噪聲容許限值》為GJB 50 的替換版本，修改了連續(xù)暴露8h的噪聲限值、增加了非開放空間脈沖噪聲聽力保護限值、測量設備增加了積分聲級計和個人聲暴露計、增加了脈沖噪聲測量；對暴露于含有窄帶噪聲或純音成分噪聲的情況，調整了等效連續(xù)聲級容許限值，對非開放空間脈沖噪聲峰值聲壓級容許限值做了限定；詳細規(guī)定了穩(wěn)態(tài)噪聲測量和非穩(wěn)態(tài)噪聲測量的被測量，并對測量儀器、測量場地、被測設備狀態(tài)、測量時的環(huán)境條件、測量位置、測點的選擇、傳聲器的安放、測量人員和測量系統(tǒng)的校準均做了詳細的要求，同時給出了測量方法和測量記錄應包含的內容。

1988年出版的《GJB 565 殲（強）擊機座艙噪聲限值》提出了飛機座艙噪聲限值，主要適用于殲擊機、強擊機座艙的設計。該標準對飛機地面試車（座艙蓋關閉密封）時，在最大連續(xù)工作狀態(tài)下的座艙內噪聲級做了規(guī)定，并且描述了相應的倍頻帶聲壓級的限值。如果座艙內噪聲含有純音或者窄帶噪聲，其相應倍頻帶噪聲限值降低5dB（A）。標準中規(guī)定飛機巡航時，操作人員須佩戴保護頭盔（頭盔的聲衰減平均值最低為20dB），地面試車時工作人員應戴防護器（耳塞或耳罩等護耳器）。

2009年出版的《GJB 565A 殲（強）擊機座艙噪聲限值》為GJB 565 替換版本，規(guī)定了殲（強）擊機座艙噪聲限值、保護頭盔聲衰減值。飛行員所用通信中斷在實際使用環(huán)境下的診斷押韻測試得分，與GJB 565 相比，新版的國軍標提高了座艙噪聲的限值要求，提高了保護頭盔的聲衰減值，并且規(guī)定了7 個主要中心頻段的聲衰減值，增加了殲（強）擊機飛行員所戴保護頭盔和氧氣面罩診斷押韻測試的得分要求。標準將最大工作狀態(tài)下地面試車時的座艙內噪聲級的限值提高為106dB，并提出了相應倍頻帶聲壓級的限值；列舉了戴保護頭盔時不同倍頻帶中心頻率對應的聲衰減值，提出在本標準規(guī)定的座艙內噪聲背景下，使用保護頭盔和氧氣面罩通信時診斷押韻測試的限值，同時給出了座艙噪聲測量、保護頭盔聲衰減值測試和診斷押韻測試應遵循的標準。

1992年出版的《GJB 1357 飛機內的噪聲級》是國內第一個針對飛機艙內噪聲提出明確限值要求的軍用標準，并一直應用到現在。該標準規(guī)定了各種軍用飛機（含直升機）的駕駛艙（座艙）、乘員艙、特種設備操作倉等機上人員艙內最大容許噪聲級，用來評價飛機內噪聲對機上人員安全和通信的影響。該標準對測量噪聲等級的工具性能、測量環(huán)境、測量時飛機的狀態(tài)、測量位置、傳聲器的安裝方向、測得信號的分析方法以及應參考的國家計量技術規(guī)范提出了要求。該標準結合我軍裝備管理模式，進一步提出飛機設計單位在飛機設計定型前應提供噪聲測試報告，對聲學分析、聲學測試計劃、飛行測試噪聲級等內容做了詳盡的規(guī)定，并以表格的形式給出了不同噪聲級的日暴露容許時間、僅容許可靠對話的語言干擾級和語言干擾級標準。

3 艙內噪聲測量的方法

在實現機艙噪聲控制之前，首先要對飛機內的噪聲進行測量，目前普遍采用由傳聲器、記錄器、放大器、聲壓校準器和聲級計構成的噪聲測量系統(tǒng)實現艙內噪聲的測量。

金業(yè)狀等針對Y-12 飛機駕駛艙內噪聲較高的問題，采用丹麥B＆K 公司的B＆K3560 型系統(tǒng)測量艙內聲強數據，數據由B＆K7400 磁帶機記錄。聲強數據采集后將頻譜逐次回放到B＆K2313 型圖形分析儀進行分析，發(fā)現了Y-12 飛機艙內聲源主要分布在接近螺旋槳平面的位置。

王三平等針對直升機的噪聲特性，將傳聲器測得的電信號記錄在磁帶機上，并結合基準環(huán)境的大氣溫度及濕度信息對噪聲數據進行修正，實現了直升機噪聲的測量。

布設傳聲器是實現飛機駕駛艙內噪聲測量的常用方法，基于這一方法張榮、張洪濤、殷鵬等研究人員對不同型號飛機的艙內噪聲進行深入的探索。張榮等研究了某型軍用偵查機在爬升、巡航以及下滑三個階段的艙內（雷達艙、設備艙、休息艙和通訊艙）噪聲測量方法。根據爬升與巡航階段的噪聲比下滑階段大的特點，在這兩個階段均進行了兩次測量。通過傳聲器及前置放大器將測得的信號直接輸入到信號頻譜儀中做頻譜分析。實驗結果給出了多種飛行狀態(tài)下各測量點的噪聲聲壓級。對各艙特殊結構處的噪聲（艙壁板輻射噪聲、窗結構輻射噪聲、艙壁板縫隙處噪聲）做了測量和比較分析，給出了巡航狀態(tài)下前工作艙、設備艙、休息艙和后工作艙的噪聲級，以及艙內裝飾板隔聲吸聲和減震安裝的改進建議。張洪濤等對某大型飛機在巡航狀態(tài)下的艙內噪聲級進行了測量。測量系統(tǒng)主要包含傳聲器系統(tǒng)、數據采集設備、數據分析與顯示設備和聲校準器，在測點（客艙座位、過道和前后艙門）處固定傳聲器的方法實現噪聲測量。殷鵬等在某型無人機艙內艙外都布置傳聲器，分別測量地效懸停、無地效懸停、爬升、平飛等多個飛行狀態(tài)下的噪聲數據，通過A 計權網絡和倍頻程聲壓級分析對噪聲數據進行處理，實驗結果表明：發(fā)動機和傳動系統(tǒng)對艙內噪聲的影響最大，且乘員艙比駕駛艙噪聲水平更高。

秦浩明等針對飛機艙內噪聲測試做了詳細的歸納，規(guī)定了噪聲測試要求的四個方面：噪聲測試狀態(tài)、艙內條件、測點分布及測試記錄方式等，其中噪聲測試狀態(tài)包括地面開車艙內噪聲測試和巡航艙內噪聲測試，特殊情況下還可進行爬升、降落等狀態(tài)的噪聲測試；艙內條件從艙內設備、艙內人員等方面進行限定；測點分布明確要求應當選擇足夠的測點，以全面覆蓋艙內噪聲分布；測試記錄方式包括聲級計、磁帶記錄儀、測量分析儀等。

上述文獻中均為對飛機艙內噪聲的直接測量，而馬瑞軒等發(fā)明了一種間接測量飛機艙內噪聲的方法：通過制作等比例縮小的飛機模型，在模擬艙內將傳聲器等距陣列布設在球面上，分別檢測布設六個傳聲器和十二個傳聲器時的艙內聲壓級和風洞背景噪聲聲壓級，并將測得的模型數據轉化成真實飛機艙內的噪聲數據，實現了低成本、高精度的飛機艙內噪聲測量。

4 結束語

近年來，我國軍用飛機發(fā)展迅速，艙內噪聲特性是評價飛機性能的主要參數之一。制定完善的飛機艙內噪聲限值標準，對有效提升軍用飛機性能及作戰(zhàn)能力具有重要的意義。本文綜述了國內外相關軍用飛機艙內噪聲的標準，并在基礎上對飛機艙內噪聲的測量方法進行歸納和總結，以期為我國軍用飛機艙內噪聲標準的完善以及噪聲測試方法的優(yōu)化提供參考。