超聲速飛機(jī)起降階段噪聲標(biāo)準(zhǔn)分析

楊曉軍 李國良

摘 要：隨著超聲速飛機(jī)的發(fā)展，現(xiàn)有亞聲速飛機(jī)起降階段噪聲規(guī)章已經(jīng)無法滿足其適航審定要求。結(jié)合美國聯(lián)邦航空局（FAA）發(fā)布的擬議規(guī)則制定通告（NPRM）和歐洲航空安全局（EASA）發(fā)布的擬議修訂通告（NPA）等文件，基于規(guī)章制定立場和思路、草案差異、技術(shù)細(xì)節(jié)以及超聲速新技術(shù)等關(guān)鍵要素，本文對(duì)超聲速飛機(jī)規(guī)章的制定進(jìn)行了綜述和總結(jié)。結(jié)果表明，在標(biāo)準(zhǔn)制定思路一致的前提下，美國基于工業(yè)方和技術(shù)創(chuàng)新的考慮，在草案中給予了足夠的自由度；歐洲方面為了維持現(xiàn)有環(huán)境保護(hù)水平，超聲速標(biāo)準(zhǔn)比起美國更加嚴(yán)格和細(xì)致。同時(shí)，基于分析結(jié)果形成審定要素和方法建議，為今后我國的超聲速飛機(jī)起降階段噪聲標(biāo)準(zhǔn)制定和適航審定工作開展提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：超聲速； 適航規(guī)章； 噪聲； 起降階段

中圖分類號(hào)：V271 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.19452/j.issn1007-5453.2023.03.004

基金項(xiàng)目： 中國民航大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目（3122019187）

21世紀(jì)，民航業(yè)邁入飛速發(fā)展的階段，直至今日，已經(jīng)成為人們生活中不可或缺的一部分。為達(dá)到提高飛行速度，降低飛行時(shí)間，使出行更加高效快捷的目標(biāo)，世界各國紛紛展開對(duì)于新一代超聲速民機(jī)的研發(fā)，并推出各自的超聲速概念機(jī)，見表1。制造商表示，預(yù)計(jì)在21世紀(jì)20年代中后期，超聲速民機(jī)將會(huì)投入使用，在2035年前后新一代超聲速民機(jī)將會(huì)實(shí)現(xiàn)商業(yè)運(yùn)營。

在中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)發(fā)布的2019年度20個(gè)重大科學(xué)問題和工程技術(shù)難題中，“綠色超聲速民機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)”是民航領(lǐng)域唯一入選的，這也從側(cè)面說明超聲速民機(jī)發(fā)展的必要性和迫切性[2]。

各國展開相應(yīng)的技術(shù)研發(fā)，確保超聲速飛機(jī)能夠滿足現(xiàn)有的適航審定規(guī)章。從噪聲的角度而言，國內(nèi)外在這方面展開了很多研究。美國國家航空航天局（NASA）在超聲速項(xiàng)目中要求制造商分別對(duì)N+2和N+3代超聲速民機(jī)進(jìn)行概念研究，實(shí)現(xiàn)概念機(jī)的低聲爆設(shè)計(jì)[3]。陳召斌等對(duì)超聲速飛機(jī)總體氣動(dòng)布局設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行了梳理，為后續(xù)工作提供了參考和發(fā)展建議[4]。美國目前正在進(jìn)行X-59的試飛活動(dòng)，為適航當(dāng)局制定標(biāo)準(zhǔn)提供數(shù)據(jù)支持[5]。Rallanhaandi等提出使用改進(jìn)線化預(yù)測理論和計(jì)算流體力學(xué)（CFD）方法進(jìn)行低聲爆和升阻比的優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了低聲爆布局的快速優(yōu)化[6]。瞿麗霞等基于近場聲爆壓力信號(hào)，進(jìn)行不確定度量化分析評(píng)估[7]。國際民航組織（ICAO）和美國聯(lián)邦航空局（FAA）介入NASA的LBFD項(xiàng)目，開展超聲速飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)制定研究，推動(dòng)超聲速飛機(jī)技術(shù)發(fā)展和投入商業(yè)運(yùn)營[8]。日本JAXA近年來開展了D-SEND項(xiàng)目，旨在通過飛行試驗(yàn)研究非對(duì)稱布局的聲爆特性[9]。中國飛行試驗(yàn)研究院針對(duì)某型殲擊機(jī)，進(jìn)行了超低空/高空飛行地面聲爆測量的試驗(yàn)[10]。

在超聲速飛機(jī)研發(fā)過程中，第一代超聲速飛機(jī)“協(xié)和號(hào)”具有較高的參考價(jià)值?！皡f(xié)和號(hào)”在技術(shù)上滿足要求，但在運(yùn)營上是極度失敗的。從適航角度上來講，它的噪聲是當(dāng)時(shí)的人們所不能接受的，拋去超聲速巡航時(shí)的“聲爆”不談，僅在亞聲速起降階段，噪聲就遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了當(dāng)時(shí)ICAO規(guī)定的第三階段噪聲限制?！皡f(xié)和號(hào)”因?yàn)樵肼曔^高，被世界各國禁止飛越領(lǐng)空，只能在海上航線飛行，這些情況間接導(dǎo)致了“協(xié)和號(hào)”的退役。

隨著Gulfstream、Boom、Aerion、Exosonic等公司紛紛開展超聲速飛機(jī)項(xiàng)目，而目前附件16卷I和卷Ⅱ中的超聲速噪聲和排放標(biāo)準(zhǔn)都過于陳舊，難以捕捉到技術(shù)的最新進(jìn)展，亟須更新。

本文從超聲速飛機(jī)起降階段噪聲審定入手，基于FAA發(fā)布的擬議規(guī)則制定通告（NPRM）[11]、EASA發(fā)布的擬議修訂通告（NPA）[12]以及現(xiàn)有的噪聲審定規(guī)章[13-14]，對(duì)起降階段超聲速飛機(jī)的噪聲標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析，最終給出了超聲速飛機(jī)噪聲審定規(guī)章制定過程中需要考慮到的關(guān)鍵要素以及相關(guān)的方法和思路，可以為今后國內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)制定工作提供建議和參考。

1 標(biāo)準(zhǔn)擬議草案

雖然當(dāng)前諸多項(xiàng)目都在進(jìn)行中，但超聲速飛機(jī)一直沒有明確的噪聲適航審定標(biāo)準(zhǔn)。這也引發(fā)了制造商的顧慮，在具體標(biāo)準(zhǔn)確立之前，他們不愿在飛機(jī)設(shè)計(jì)上投入資金進(jìn)行研發(fā)；而相關(guān)審定機(jī)構(gòu)在不了解超聲速飛機(jī)新設(shè)計(jì)的前提下，無法著手制定標(biāo)準(zhǔn)。在這個(gè)前提下，F(xiàn)AA和EASA分別推出了各自的超聲速起降階段噪聲標(biāo)準(zhǔn)擬議草案，旨在減少雙方信息上的差距。制造商提供機(jī)型的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和預(yù)期的噪聲級(jí)范圍，審定機(jī)構(gòu)利用這些信息和已進(jìn)行的工作，對(duì)飛機(jī)進(jìn)行起降階段的噪聲限制，實(shí)現(xiàn)雙方的互利共贏。簡言之，超聲速飛機(jī)起降階段標(biāo)準(zhǔn)制定這一工作，是在審定機(jī)構(gòu)和工業(yè)方等各界人士的共同努力下完成的。

當(dāng)前，ICAO正在進(jìn)行超聲速民機(jī)起降階段噪聲標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，預(yù)計(jì)將在2025年完成，并將納入附件16卷Ⅰ“航空器噪聲”中，為ICAO各成員國提供指導(dǎo)。

在正式規(guī)章出臺(tái)之前，需要有一套合理且可行的噪聲審定規(guī)章草案，來幫助完成相關(guān)超聲速民機(jī)的取證工作。制造商也希望能有翔實(shí)可靠的規(guī)章作為飛機(jī)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，以確保能夠符合取證要求。

在這個(gè)大前提下，F(xiàn)AA在2020年4月發(fā)布了NPRM，EASA在2022年5月發(fā)布了NPA，作為超聲速民機(jī)起降階段噪聲審定規(guī)章的擬議草案。

2 FAA標(biāo)準(zhǔn)分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)概述

在美國的現(xiàn)行噪聲規(guī)章FAR-36部中，并不包括除“協(xié)和號(hào)”之外的超聲速飛機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，且這一部分是過時(shí)的。FAA匯總了NASA開展的超聲速運(yùn)輸概念機(jī)（STCA）研究[15]、工業(yè)界提供的信息以及ICAO的持續(xù)工作[16]等成果，最終出臺(tái)了這一份NPRM文件。

在這份NPRM文件中，F(xiàn)AA以當(dāng)前最嚴(yán)格的第14章亞聲速標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，基于最大起飛重量（質(zhì)量）和巡航馬赫數(shù)兩個(gè)要素對(duì)超聲速民機(jī)進(jìn)行分類，對(duì)于最大起飛重量不超過68039kg，最大巡航馬赫數(shù)不超過1.8的超聲速飛機(jī)制定起降階段噪聲審定標(biāo)準(zhǔn)草案，并將此類飛機(jī)命名為第一類超聲速（SSL 1）。之所以如此定義，是因?yàn)镕AA預(yù)計(jì)當(dāng)前正在開發(fā)的大多數(shù)超聲速飛機(jī)都滿足這一要求。同時(shí)，當(dāng)馬赫數(shù)超過1.8時(shí)，超聲速飛機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)將發(fā)生變化，進(jìn)而影響噪聲，需要不同的噪聲標(biāo)準(zhǔn)和測量程序?，F(xiàn)有NPRM中的標(biāo)準(zhǔn)只是一個(gè)起點(diǎn)，旨在為當(dāng)前的超聲速飛機(jī)提供必要的監(jiān)管。如果FAA收到超出SSL 1適用范圍的超聲速飛機(jī)審定申請(qǐng)，應(yīng)以當(dāng)前草案內(nèi)容作為起點(diǎn)，展開相關(guān)審定工作。

2.2 技術(shù)細(xì)節(jié)

在NPRM中，F(xiàn)AA主要進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的要求：（1）修改FAR-36部部分適用性；（2）強(qiáng)調(diào)陸上超聲速飛行禁令的效力；（3）修改超聲速飛機(jī)（除“協(xié)和號(hào)”飛機(jī)之外）的定義；（4）提供用于超聲速飛機(jī)的噪聲審定參考程序；（5）建立用于第一類超聲速（SSL 1）飛機(jī)的起降噪聲限值。

擬議草案由第14章噪聲級(jí)和現(xiàn)有參考程序發(fā)展而來，但是又有所不同，其差異主要體現(xiàn)為超聲速飛機(jī)的獨(dú)特技術(shù)和設(shè)計(jì)要求，以維持超聲速飛機(jī)的長距離飛行。FAA在制定標(biāo)準(zhǔn)草案的過程中，主要從新標(biāo)準(zhǔn)的適應(yīng)性和工業(yè)方的角度來考慮，在現(xiàn)有亞聲速噪聲標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上做出了一定的妥協(xié)。圖1中給出了2010—2020年取證的部分機(jī)型噪聲級(jí)，以及FAA預(yù)測的2034年亞聲速飛機(jī)和超聲速飛機(jī)的噪聲級(jí)，預(yù)計(jì)到2034年亞聲速機(jī)隊(duì)的平均審定噪聲級(jí)為267.0EPNdB，超聲速飛機(jī)（雙發(fā)）的預(yù)期審定噪聲級(jí)為269.3EPNdB，超聲速飛機(jī)（三發(fā)）的預(yù)期審定噪聲級(jí)為274.5EPNdB。根據(jù)FAA的預(yù)測，雖然超聲速飛機(jī)的噪聲級(jí)與亞聲速機(jī)隊(duì)平均噪聲級(jí)差異較大，但超聲速飛機(jī)的占比很?。?%以下），因此對(duì)環(huán)境的影響是可接受的[11]。

在擬議草案中，F(xiàn)AA依照長期以來的噪聲審定方法，使用最大起飛重量與噪聲的相關(guān)性來評(píng)估超聲速飛機(jī)，并使用一套新的噪聲標(biāo)準(zhǔn)來考慮亞聲速和超聲速之間的設(shè)計(jì)差異。同時(shí)，保持了傳統(tǒng)的監(jiān)管框架和大部分亞聲速飛機(jī)測試要求，包括測量方法、數(shù)據(jù)評(píng)估、基準(zhǔn)/試驗(yàn)程序、參考大氣條件和結(jié)果修正等。通過以上條款，可以保證超聲速飛機(jī)與亞聲速飛機(jī)的噪聲級(jí)存在可比性。

由于超聲速飛機(jī)在起降階段（LTO循環(huán)）仍然需要以亞聲速進(jìn)行飛行，因此亞聲速相關(guān)的監(jiān)管框架在進(jìn)行技術(shù)調(diào)整后仍然可以適用于超聲速。所以，超聲速飛機(jī)起降噪聲的評(píng)價(jià)指標(biāo)仍然采用有效感覺噪聲級(jí)（EPNdB）。

在超聲速飛機(jī)起飛過程中，其較高推力和較低的發(fā)動(dòng)機(jī)涵道比都會(huì)導(dǎo)致較高的飛機(jī)噪聲級(jí)。為了解決這一問題，F(xiàn)AA提出可變降噪系統(tǒng)（VNRS）和程序直減率（PLR），允許將其加入擬議草案中，作為起飛參考程序的一部分[17-18]。將VNRS和PLR納入擬議草案中，旨在為制造商在設(shè)計(jì)飛機(jī)的過程中提供最大的靈活性。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)制定和進(jìn)展

FAA和運(yùn)輸部（DOT）當(dāng)前致力于推進(jìn)民用超聲速飛機(jī)的發(fā)展。FAA啟動(dòng)了兩項(xiàng)關(guān)于超聲速飛機(jī)噪聲的規(guī)則制定行動(dòng)。第一項(xiàng)是超聲速飛機(jī)噪聲審定的擬議草案，即本文提及的NPRM。第二項(xiàng)是簡化和明確獲得在美國進(jìn)行超聲速飛行測試的特殊飛行授權(quán)的擬議規(guī)則，以實(shí)現(xiàn)對(duì)于美國陸上超聲速飛行禁令的豁免。這兩項(xiàng)與超聲速飛機(jī)噪聲審定相關(guān)的規(guī)則制定行動(dòng)將會(huì)作為未來超聲速飛機(jī)噪聲審定規(guī)章的基礎(chǔ)，進(jìn)一步推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展。

FAA與其他國家的航空當(dāng)局展開合作，并在ICAO的CAEP內(nèi)參與超聲速飛機(jī)噪聲和排放標(biāo)準(zhǔn)的制定，以便在將來積極推動(dòng)新標(biāo)準(zhǔn)在國內(nèi)的貫徹和施行。

3 EASA標(biāo)準(zhǔn)分析

3.1 標(biāo)準(zhǔn)概述

EASA現(xiàn)行的噪聲規(guī)章是直接引述附件16卷Ⅰ的條款，其在2022年5月出臺(tái)了關(guān)于《超聲速飛機(jī)的環(huán)境保護(hù)要求》的NPA，旨在沒有相應(yīng)的超聲速審定規(guī)章的前提下，確保歐洲的環(huán)境保護(hù)水平。

當(dāng)前的擬議修訂通告還處于草案狀態(tài)，EASA計(jì)劃使用定性/定量輸入，關(guān)注相關(guān)項(xiàng)目，制定監(jiān)管影響評(píng)估（RIA）并將其納入之后的NPA中。在必要的情況下，可以安排利益相關(guān)方和技術(shù)專家討論，對(duì)NPA進(jìn)行完善，整體超聲速適航規(guī)章的制定過程如圖2所示。

對(duì)于起降階段的噪聲限值，超聲速飛機(jī)的噪聲限值與第14章噪聲級(jí)相同。超聲速飛機(jī)和亞聲速飛機(jī)之間的設(shè)計(jì)不同導(dǎo)致的差異，如不同的運(yùn)行速度范圍，在噪聲測量參考程序中予以考慮。此外，與FAA相同，EASA在制定NPA的過程中也考慮使用可變降噪系統(tǒng)（VNRS）和程序直減率（PLR）的可能，允許超聲速飛機(jī)以特定的起飛程序進(jìn)行噪聲審定[19]。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)制定和進(jìn)展

EASA與ICAO在適航規(guī)章上保持高度一致，很多審定規(guī)章直接引述ICAO的規(guī)章。在制定超聲速飛機(jī)噪聲審定標(biāo)準(zhǔn)的過程中，EASA通過NPA、指導(dǎo)材料（GM）、可接受的符合性方法（AMC）、意見—回復(fù)文件（CRD）以及向歐盟提交報(bào)告等手段，將各項(xiàng)監(jiān)管程序與ICAO的相應(yīng)程序保持一致，避免其條款適用性與ICAO之間存在差異。

EASA在2022年4月的NPA中提出，禁止飛機(jī)在歐盟領(lǐng)土上空進(jìn)行超聲速飛行活動(dòng)，如果未來超聲速飛機(jī)的“聲爆”可以滿足環(huán)保要求時(shí)，該項(xiàng)禁令可能會(huì)被修訂。歐洲目前開展多項(xiàng)關(guān)于超聲速飛行的研究項(xiàng)目，來為標(biāo)準(zhǔn)的制定提供數(shù)據(jù)支撐。同時(shí)，EASA與ICAO合作，參與超聲速飛機(jī)噪聲和排放標(biāo)準(zhǔn)的制定?；趦煞街g的密切關(guān)聯(lián)，一旦標(biāo)準(zhǔn)制定完成，EASA可以很快將規(guī)章貫徹落實(shí)。

4 兩種標(biāo)準(zhǔn)草案對(duì)比

無論是FAA的NPRM，還是EASA的NPA，對(duì)于超聲速飛機(jī)的概念和初步草案要求都是基于現(xiàn)有亞聲速飛機(jī)的技術(shù)細(xì)節(jié)來進(jìn)行的，對(duì)亞聲速飛機(jī)的現(xiàn)有審定要求進(jìn)行了調(diào)整來反映超聲速飛機(jī)的具體情況，同時(shí)盡可能保證指標(biāo)和程序方面的兼容性。圖3給出了兩項(xiàng)超聲速噪聲標(biāo)準(zhǔn)草案中與原有的亞聲速噪聲審定規(guī)章中的異同，其中的“其他條款”指的是規(guī)章正文中添加的表明超聲速飛機(jī)規(guī)章符合性的管理類條款。

本節(jié)從兩項(xiàng)擬議草案各條款之間是否存在差異以及其與亞聲速噪聲審定條款之間的關(guān)聯(lián)入手，對(duì)現(xiàn)有超聲速標(biāo)準(zhǔn)草案進(jìn)行分析。

4.1 噪聲測量和評(píng)估

EASA和FAA草案中的此條款均是引用自亞聲速噪聲審定規(guī)章中，但適用性存在差異。EASA的草案適用于所有的超聲速飛機(jī)，不對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)量、最大起飛重量和設(shè)計(jì)速度進(jìn)行限制。而FAA的草案目前只適用于第一類超聲速（SSL 1）飛機(jī)，即“最大起飛重量不超過68039kg，最大巡航馬赫數(shù)不超過1.8的超聲速飛機(jī)”，且草案只適用于雙發(fā)（或更少）和三發(fā)的飛機(jī)。

4.2 噪聲評(píng)估指標(biāo)

由于超聲速飛機(jī)起降階段仍保持著亞聲速狀態(tài)，因此在EASA和FAA的草案中采用與亞聲速噪聲相同的評(píng)估指標(biāo)，即EPNdB。它是在純音修正的基礎(chǔ)上再進(jìn)行噪聲持續(xù)時(shí)間的修正，噪聲持續(xù)時(shí)間隨航空器的類型和運(yùn)行模式的不同而變化，可以表征航空器一次運(yùn)行所發(fā)出的噪聲在地面上某個(gè)位置的噪度。超聲速飛機(jī)起降階段和亞聲速噪聲評(píng)估指標(biāo)保持一致，可以表征亞聲速和超聲速飛機(jī)之間噪聲級(jí)的可比性。

4.3 噪聲測量點(diǎn)

關(guān)于基準(zhǔn)噪聲測量點(diǎn)和試驗(yàn)噪聲測量點(diǎn)這兩項(xiàng)條款，EASA和FAA引用各自的亞聲速噪聲審定規(guī)章內(nèi)容，如圖4所示。這樣可以保證亞聲速和超聲速飛機(jī)在噪聲符合性試驗(yàn)中保持一致性，并使不同型號(hào)的飛機(jī)在不同的地理位置上具有可比性。

4.4 噪聲限值

在EASA的擬議草案中，超聲速飛機(jī)在經(jīng)過噪聲合格審定試驗(yàn)后計(jì)算得到的最大噪聲級(jí)與第14章噪聲級(jí)保持一致。這樣旨在維持目前歐洲的環(huán)境保護(hù)水平，并確保亞聲速和超聲速之間的公平競爭關(guān)系。

FAA在擬議草案中，考慮到工業(yè)方的影響和超聲速飛機(jī)自身設(shè)計(jì)問題，建議超聲速飛機(jī)的噪聲限值介于亞聲速噴氣式飛機(jī)的第14章標(biāo)準(zhǔn)和第4章標(biāo)準(zhǔn)之間，且對(duì)于飛越噪聲級(jí)只考慮了雙發(fā)（或更少）和三發(fā)的情況。

在第14章標(biāo)準(zhǔn)的條款中，要求橫向、飛越和進(jìn)近各點(diǎn)的噪聲級(jí)與最大噪聲級(jí)的差值之和不得小于17EPNdB，而FAA的擬議草案中的要求是“不得小于13.5EPNdB”。美國和歐洲在最大噪聲級(jí)的問題上之所以存在如此大的分歧，是因?yàn)樗麄儗?duì)待超聲速飛機(jī)的態(tài)度不同。美國更多的是基于技術(shù)可行性以及工業(yè)方接受能力的思路來對(duì)規(guī)章進(jìn)行調(diào)整，而歐洲是為了維持現(xiàn)有的環(huán)境保護(hù)水平，確保超聲速飛機(jī)和亞聲速飛機(jī)能夠保持公平的競爭水平[20]。圖5中是FAA和EASA給出的超聲速飛機(jī)最大噪聲級(jí)的對(duì)比，在最大起飛重量小于8618kg的情況下，F(xiàn)AA和EASA的擬議草案給出的噪聲限值存在差異，但現(xiàn)有超聲速概念機(jī)的最大起飛重量均遠(yuǎn)超過8618kg，因此FAA和EASA所給出的噪聲限值可以看作一致。

4.5 基準(zhǔn)程序和條件

關(guān)于噪聲合格審定基準(zhǔn)程序和條件，現(xiàn)有規(guī)章中將其分為三部分，分別是通用條件、起飛基準(zhǔn)程序和進(jìn)近基準(zhǔn)程序。在擬議草案中，F(xiàn)AA和EASA均對(duì)起降基準(zhǔn)程序進(jìn)行了分解，拆分為帶有VNRS的起降基準(zhǔn)程序和無VNRS的起降基準(zhǔn)程序兩部分。在通用條件部分，EASA和FAA引用了現(xiàn)有噪聲審定規(guī)章的內(nèi)容，沒有進(jìn)行修改，兩方主要的分歧集中在起降基準(zhǔn)程序上。

4.5.1 無VNRS的起降基準(zhǔn)程序

這一部分屬于規(guī)章中的原有部分，規(guī)定了用于噪聲測量的飛機(jī)飛行軌跡、飛機(jī)配置、推力和速度等要求。FAA和EASA根據(jù)超聲速飛機(jī)和亞聲速飛機(jī)之間的設(shè)計(jì)差異，在起降基準(zhǔn)程序中予以考慮，主要體現(xiàn)在起飛基準(zhǔn)程序中。

FAA的擬議草案中，由于SSL 1只包括雙發(fā)（或更少）和三發(fā)的超聲速飛機(jī)，因此只給出了這兩種類型飛機(jī)的起飛基準(zhǔn)航跡。對(duì)于起飛基準(zhǔn)速度，F(xiàn)AA和EASA都在原有基礎(chǔ)上有所增加。FAA的草案中并沒有給出確切的范圍，只要求起飛基準(zhǔn)速度不得超過463km/h，在極大程度上保證制造商設(shè)計(jì)飛機(jī)的自由度。EASA的草案中給出了明確的規(guī)定，起飛基準(zhǔn)速度應(yīng)在V2+65km/h至V2+102km/h之間（V2為安全起飛的最小空速），同時(shí)應(yīng)保證起飛基準(zhǔn)速度不超過463km/h。

4.5.2 帶有VNRS的起降基準(zhǔn)程序

在FAA和EASA的擬議草案中，允許VNRS用于噪聲審定測試，該系統(tǒng)用于超聲速飛機(jī)的整體特征或子系統(tǒng)設(shè)計(jì)，用于降低飛機(jī)的噪聲。VNRS包括程序直減率（PLR）和程序飛機(jī)配置變更。

PLR可以做到完全自動(dòng)化，作為發(fā)動(dòng)機(jī)額定推力結(jié)構(gòu)的一部分被集成到發(fā)動(dòng)機(jī)全權(quán)限數(shù)字式電子控制（FADEC）中。從起飛到PLR的推力轉(zhuǎn)換通過FADEC進(jìn)行，F(xiàn)ADEC包含了對(duì)于高度、溫度和發(fā)動(dòng)機(jī)減推力運(yùn)行的所有工作內(nèi)容，以確保PLR運(yùn)行的一致性以及降低飛機(jī)在日常運(yùn)行過程中的噪聲影響。程序飛機(jī)配置變更與PLR相似，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化，不同之處在于其被整合到了飛機(jī)飛行管理系統(tǒng)（FMS）中。通過FMS管理控制面的自動(dòng)移動(dòng)和飛機(jī)配置的改變，作為既定運(yùn)行程序的一部分，以確保降低飛機(jī)在日常運(yùn)行過程中的噪聲影響。

在FAA的擬議草案中，給出了帶有VNRS的基準(zhǔn)起降程序來替換基準(zhǔn)起降程序，條款結(jié)構(gòu)和技術(shù)細(xì)節(jié)與超聲速飛機(jī)基準(zhǔn)起降程序一致，區(qū)別在于強(qiáng)調(diào)了VNRS的適用性。而在EASA的擬議草案中，只考慮了VRNS在起飛階段的噪聲優(yōu)化，認(rèn)為超聲速飛機(jī)在進(jìn)近狀態(tài)下采用VNRS是無意義的，因此只設(shè)立了帶有VNRS的起飛基準(zhǔn)程序，并沒有考慮進(jìn)近階段VNRS的使用。如果VNRS在審定時(shí)作為飛機(jī)設(shè)計(jì)的一部分提交，則在進(jìn)行試驗(yàn)之前，需要在申請(qǐng)方的參考程序中說明，并由審定機(jī)構(gòu)審查和批準(zhǔn)。

同時(shí)，需要注意的是，在對(duì)噪聲數(shù)據(jù)由試驗(yàn)條件向基準(zhǔn)條件修正的過程中，一般存在簡化修正和綜合修正兩種方法。如果在試驗(yàn)過程中采用了VNRS，則應(yīng)始終保持使用綜合修正方法。簡化修正方法無法提供足夠的噪聲數(shù)據(jù)處理保真度，而綜合修正方法可以準(zhǔn)確解釋VNRS的動(dòng)態(tài)方面[13]。

4.6 試驗(yàn)程序

試驗(yàn)程序中包括噪聲測量條件和基準(zhǔn)程序之間的偏差規(guī)定以及此類偏差的限值，在FAA和EASA的擬議草案中，關(guān)于試驗(yàn)程序的內(nèi)容保持一致，均引用了原來的規(guī)章。

5 超聲速飛機(jī)起降階段噪聲標(biāo)準(zhǔn)制定分析

在工業(yè)方和歐美各國的推動(dòng)下，ICAO開始了超聲速飛機(jī)噪聲審定標(biāo)準(zhǔn)的研究工作，評(píng)估了可能的環(huán)保評(píng)價(jià)指標(biāo)以及超聲速飛機(jī)引入后對(duì)機(jī)隊(duì)環(huán)境趨勢的影響。

在標(biāo)準(zhǔn)研究的過程中，歐洲和美國的審定機(jī)構(gòu)產(chǎn)生了很大的分歧。美方更多的是從技術(shù)可行性上考慮，保證新的標(biāo)準(zhǔn)是工業(yè)方可以接受的。歐洲方面認(rèn)為應(yīng)該保證超聲速飛機(jī)和亞聲速飛機(jī)的公平競爭環(huán)境，維持歐洲現(xiàn)有的環(huán)境保護(hù)水平。歐方提出應(yīng)該在技術(shù)成熟度達(dá)到一定程度時(shí)，即研制出原型機(jī)后才能開展標(biāo)準(zhǔn)制定工作，上述要求受到了美方和工業(yè)方的反對(duì)，其主要理由是應(yīng)該鼓勵(lì)技術(shù)創(chuàng)新，環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的制定應(yīng)該基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，而不是預(yù)設(shè)的監(jiān)管要求。在美方和工業(yè)方的資源支持下，陸續(xù)采用NASA的超聲速驗(yàn)證機(jī)[21]及建模結(jié)果對(duì)相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)[22]和測試程序進(jìn)行了分析，并在一定程度上解決了歐方提出的疑慮。

超聲速飛機(jī)噪聲標(biāo)準(zhǔn)的制定主要包括起降階段噪聲標(biāo)準(zhǔn)和巡航噪聲標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)前工作主要圍繞著起降階段噪聲標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行。由于超聲速飛機(jī)在起降階段（LTO循環(huán)）仍然需要以亞聲速進(jìn)行飛行，因此亞聲速相關(guān)的監(jiān)管框架在進(jìn)行技術(shù)調(diào)整后仍然可以適用于超聲速?；谶@個(gè)理念，美國和歐洲分別啟動(dòng)了超聲速起降噪聲標(biāo)準(zhǔn)制定的立法程序，發(fā)布各自的擬議草案。

歐方和美方在草案上的最大差異主要集中在飛機(jī)起飛速度和PLR的使用上。對(duì)于飛機(jī)起飛時(shí)的速度，F(xiàn)AA并沒有給出明確的限制，只要求不得超過463km/h，美方認(rèn)為這樣可以在實(shí)現(xiàn)最低噪聲的前提下最大限度保持制造商的設(shè)計(jì)靈活性；EASA認(rèn)為設(shè)計(jì)上的靈活性并不重要，對(duì)于起飛速度施加限制是一項(xiàng)很有必要的工作。對(duì)于PLR的使用，EASA和FAA的爭議在于是否需要對(duì)PLR施加限值，如對(duì)PLR最大推力減少的限制。

ICAO對(duì)應(yīng)的環(huán)保規(guī)章是《國際民用航空公約》的附件16，其中噪聲規(guī)章屬于附件16的卷I“航空器噪聲”部分，由ICAO下屬的航空環(huán)境保護(hù)委員會(huì)（CAEP）來修訂和維護(hù)。附件16對(duì)于噪聲適航審定具有重大意義，ICAO各成員國在制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)或直接或間接地引述了這些標(biāo)準(zhǔn)，美國在制定FAR 36部時(shí)間接引用了附件16卷Ⅰ，與其技術(shù)細(xì)節(jié)保持一致，EASA在CS 36部中則是直接引述附件16卷Ⅰ的規(guī)定。

當(dāng)前CAEP正在推動(dòng)超聲速飛機(jī)起降階段噪聲標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，征求歐美各方意見，邀請(qǐng)工業(yè)方、環(huán)保方、航空公司、審定機(jī)構(gòu)和機(jī)場方等展開討論[20，23]。因此，雖然歐美當(dāng)前對(duì)于超聲速飛機(jī)起降階段的噪聲審定標(biāo)準(zhǔn)存在分歧，但最終會(huì)通過ICAO的環(huán)境保護(hù)委員會(huì)協(xié)商統(tǒng)一。當(dāng)前，ICAO的超聲速飛機(jī)標(biāo)準(zhǔn)制定計(jì)劃如下：（1）CAEP計(jì)劃在CAEP/13（2022—2025年）期間完成超聲速起降階段噪聲審定標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，并在標(biāo)準(zhǔn)正式生效之后給ICAO各成員國預(yù)留三年時(shí)間來更新各自的國內(nèi)規(guī)章。（2）對(duì)于超聲速巡航階段噪聲標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)前技術(shù)成熟度較低，在CAEP/13周期內(nèi)以監(jiān)控研究為主。CAEP計(jì)劃在CAEP/14（2025—2028年）期間完成超聲速巡航階段噪聲審定標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。

6 結(jié)論

距離超聲速民機(jī)真正投入商業(yè)使用，還有很長的一段路要走，需要克服噪聲、排放和燃油消耗等一系列問題，從噪聲審定的角度而言，還有很多工作需要進(jìn)行。本文的主要結(jié)論如下：

（1） 歐美對(duì)于超聲速飛機(jī)的核心思想在草案中得到了體現(xiàn)，歐洲方面強(qiáng)調(diào)環(huán)境要求不能降低，應(yīng)當(dāng)保證超聲速和亞聲速飛機(jī)之間的公平競爭；美國在當(dāng)前草案的監(jiān)管架構(gòu)之下，更多的是從工業(yè)方的角度來考慮，鼓勵(lì)技術(shù)創(chuàng)新。

（2） 基于現(xiàn)有的超聲速起降階段噪聲草案進(jìn)一步完善，就草案之間差異部分達(dá)成共識(shí)，形成一套針對(duì)超聲速飛機(jī)起降階段行之有效的噪聲審定標(biāo)準(zhǔn)。

（3） 超聲速飛機(jī)起降階段和巡航階段噪聲標(biāo)準(zhǔn)并不是孤立的，二者相互關(guān)聯(lián)。在完善起降階段噪聲標(biāo)準(zhǔn)之后，需要結(jié)合超聲速飛機(jī)特點(diǎn)和起降階段噪聲標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)巡航階段噪聲標(biāo)準(zhǔn)制定。

（4） 國內(nèi)需要對(duì)超聲速飛機(jī)標(biāo)準(zhǔn)制定進(jìn)程進(jìn)行深入研究，熟悉相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)，做好規(guī)章更新以及審查任務(wù)的準(zhǔn)備。

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Standard Analysis on Noise in the Take-off and Landing Stage of Supersonic Aircraft

Yang Xiaojun， Li Guoliang

Civil Aviation University of China， Tianjin 300300，China

Abstract： With the development of supersonic aircraft，the current noise regulations for the landing and take-off phase of subsonic aircraft can no longer meet the requirements of airworthiness certification. Combining with documents such as the Notice of Proposed Rule Making （NPRM） issued by the Federal Aviation Administration （FAA） and the Notice of Proposed Amendments （NPA） issued by the European Aviation Safety Agency （EASA）， this review and summary of the development of supersonic aircraft regulations is based on key elements including regulation-making position and ideas， differences in the drafts， technical details and new supersonic technologies. The results show that， while the standards are formulated with the same intention， the United States has given sufficient freedom in the draft from the perspective of manufacturers and technology innovation； The European standard for supersonic is more stringent and detailed than the United States in order to maintain the current level of environmental protection. At the same time， the results of the analysis will formulate certification elements and methods suggestions， which will provide technical support for the future development of noise standards and airworthiness certification for supersonic aircraft landing and take-off phase in China.

Key Words： supersonic； airworthiness regulation； noise； landing and take-off phase