飛機降噪3分貝

陸泓

又到了歲末年初的旅游旺季。對于大多數(shù)選擇飛機出行的人來說，除了能買到便宜的機票，可能最想獲得的是在長途旅行中能有一個良好的休息環(huán)境—這取決于座椅疏密程度、飛機的降噪技術(shù)等因素。前者是由航空公司決定的，而后者就是飛機制造商的責(zé)任了。

盡管飛機制造技術(shù)已取得巨大進步，但現(xiàn)代飛機仍需消耗大量燃油，而且噪音巨大，飛機制造商一直在尋找新的方式，使飛機的噪音更小、效能更高，這也成為它們彰顯競爭力的一個方向。2016年12月15日空客向南航交付的中國首架A350neo機型，就將其降噪技術(shù)作為一個主要賣點。

飛行中的噪音主要分為內(nèi)部噪音和外部噪音。內(nèi)部的噪音來源于機身內(nèi)部系統(tǒng)，比如空調(diào)，以及乘務(wù)員準備食物等工作時發(fā)出的聲音。

“這些技術(shù)讓A350的客艙噪音至少要比同級別的競爭對手在噪音分貝數(shù)上低3分貝。”空客的工程師Danielle Patton對《第一財經(jīng)周刊》說。

而客艙外部的噪音來源要復(fù)雜得多。如今，大多數(shù)客機采用的都是渦輪風(fēng)扇發(fā)動機來提供動力。簡單來說，它的構(gòu)造可以看成是一個大筒（外涵道）里套著一個小筒（內(nèi)涵道），位于發(fā)動機前端的風(fēng)扇會通過轉(zhuǎn)動把空氣吸入大筒和小筒之中。在空氣進入到小筒后，空氣會在這里壓縮和燃燒，之后再從尾管噴出，從而產(chǎn)生足夠的推力，再進一步地帶動發(fā)動機前端的風(fēng)扇轉(zhuǎn) 動。

在進氣-壓縮-燃燒-噴出的每個環(huán)節(jié)，都會產(chǎn)生相當大的噪音。而當大筒里剛吸入的冷空氣碰上小筒里高溫高壓的熱空氣時，冷熱空氣混合產(chǎn)生的巨大亂流也會產(chǎn)生相應(yīng)的噪音。此外，還有飛機在飛行過程當中為了保持姿態(tài)，機翼上不同部位的伸縮及起落架收放所產(chǎn)生的聲音。

為了減少發(fā)動機運作所發(fā)出的噪音，發(fā)動機研發(fā)人員通常是在發(fā)動機進氣道的表面添加幾塊用來吸音的聲學(xué)襯套（acoustic liner），這是一種聲學(xué)內(nèi)襯的概念。以往，一個發(fā)動機的內(nèi)壁往往需要用兩到三片吸音襯墊來覆蓋，不過這些吸音襯墊的接合處，在發(fā)動機運作時往往也會產(chǎn)生一定的噪音，稱之為“散射噪音”。

而在A350上，空客采用了一種新辦法來解決發(fā)動機噪音的問題。它用一整片管狀的吸音襯墊來覆蓋整個發(fā)動機內(nèi)壁，避免了由接縫所形成的噪音，空客將其稱為“無接縫進氣”技術(shù)。

此外，空客對A350的襟翼也做了一些改進。飛機在起飛階段為了獲得足夠的升力，同時在落地階段能夠保證安全、穩(wěn)定地接地，會把機翼的面積擴展到最大。這些“從機翼內(nèi)部伸出的機翼”，比較靠近機身的部分稱為襟翼?？湛驮诮笠聿糠质褂昧嗣麨橄麓广q鏈襟翼的技術(shù)，同時縮小了襟翼之間的縫隙，這也能起到減少噪音的作用。

作為空客的老對手，波音也擁有一項從發(fā)動機入手降噪的著名技術(shù)，它還有一個昵稱叫“碎蛋殼”，采用鋸齒狀的發(fā)動機設(shè)計—也就是在發(fā)動機的外涵道，即大筒的后端，用鋸齒狀設(shè)計代替原來的平滑設(shè) 計。

這項設(shè)計理念早在1995年就被提出了，在美國國家航空航天局（NASA）的主導(dǎo)下開展長期研究，直到十年后，波音公司才在一架波音777上對這項技術(shù)做了試驗，此后它被真正推向市場，則是應(yīng)用在波音的“夢想客機”787上。

鋸齒狀的發(fā)動機后緣設(shè)計讓這款機型客艙側(cè)壁隔音材料的重量至少減輕了272公斤?！八榈皻ぁ痹诓ㄒ綦S后生產(chǎn)的747客機和747-8當中也得到了沿用?！斑@款發(fā)動機的創(chuàng)新設(shè)計或許會成為之后新型波音民用飛機上的標配?！辈ㄒ?87項目組對《第一財經(jīng)周刊》表示。

此外，很多第三方的技術(shù)研發(fā)機構(gòu)也參與到飛機降噪領(lǐng)域。

飛機省油和降噪，方法之一是以更低的速度降落，但這需要更精確地掌握機翼周圍的空氣流動情況。在實際高速飛行中，這點很難做到，通常飛機的設(shè)計者都是在電腦上模擬氣流流動。德國宇航中心的一個研究團隊正在利用鐳射光，以便在航行過程中捕獲更精確的數(shù) 據(jù)。

該研究團隊利用特殊裝備的空客A320做了兩次夜間航行。在航行過程中，研究人員嘗試從飛機窗口向機翼上照射綠色鐳射光。鐳射光能顯示出氣流形成的小水滴穿越機翼的過程，同時用高速攝像機捕捉這一切，從而獲得飛機飛行過程中氣流的真實數(shù)據(jù)，再與模擬氣流加以對比，以確保電腦模擬的準確性。

如果這項研究成功，飛機設(shè)計者能更好地了解氣流的流動情況，未來的飛機設(shè)計可以使飛機在降落狀態(tài)時以最低速度下降了。

其實，要想降低客艙噪音，還有一種非常簡單而且直接的辦法，就是在機身上使用更多的隔音材料，但這樣做帶來的后果就是飛機自身重量的大幅度增加。

中國的國產(chǎn)C919大飛機則使用了一種名為“超細航空級玻璃棉”的新型材料，其來自南京航空航天大學(xué)材料學(xué)院的研究。這種材料平時呈現(xiàn)的是一種超細玻璃纖維的狀態(tài)，但它可以根據(jù)產(chǎn)品的不同需求二度加工制 作。

傳統(tǒng)保溫材料泡沫的導(dǎo)熱系數(shù)是40毫瓦，而這種新型材料導(dǎo)熱系數(shù)只有1.5毫瓦，其纖維直徑也只有3至5微米。這種“超細航空級玻璃棉”目前已經(jīng)在日本和韓國的部分冰箱和自動販賣機中投入使用，它可以大大降低冰箱門的厚度。不過更大的應(yīng)用前景可能就在飛機上，用這種材料做隔音，能起到減少油耗、降低噪音的作用。

Danielle Patton表示，空客目前的一些技術(shù)研究甚至可以讓遠程寬體客機機艙內(nèi)的噪音低于60分貝，也就是在機艙內(nèi)，人們也可以用正常的音調(diào)來對話。不過降噪也涉及到一個“度”的問題?！拔也⒉挥X得一味降低客艙內(nèi)的噪音分貝數(shù)是一件絕對的好事。”他說。

如果飛機上的噪音通過技術(shù)革新減小到了非常安靜的程度，那么乘客的活動、乘客之間的交談，都會對正在睡覺的人產(chǎn)生干擾。而且噪音水平非常低的情況下，正在交談的乘客會有一種被監(jiān)聽的感覺，這也是一種不好的體驗。

所以為了保證乘客能有個舒適的休息環(huán)境，飛機的降噪技術(shù)并非單純做減法，一定程度的噪音也是有利的—這或許也意味著，飛機降噪技術(shù)的研發(fā)，可不能走得過快。