作用于飛機蒙皮的約束阻尼層降噪性能分析

馮梓鑫

【摘 要】由發動機振動引發的中低頻噪聲一直是尾吊式飛機艙內噪聲控制的難題。約束阻尼層通常用于實現對薄板結構的減振降噪。本文通過飛機壁板隔聲試驗來檢驗約束阻尼層降噪能力，方便地評估約束阻尼層實際應用的效果及其付出的重量代價。

【關鍵詞】飛機壁板；約束阻尼層；降噪；重量

0 引言

艙內聲學環境日益受到航空公司和飛機制造商的重視，如何降低艙內噪聲，提高飛機乘坐舒適性已經成為飛機研究的熱點問題之一。飛機艙內噪聲主要來源于結構聲和空氣聲兩方面，在飛機艙內噪聲控制上，通過鋪設隔熱隔音棉等隔聲吸聲材料，改善機身氣密性等方法可以有效地隔離中高頻空氣噪聲，而由發動機振動引發機體結構振動產生的中低頻噪聲在結構中隨距離衰減的程度較小，難以抑制。尤其對于飛機設計來說，重量和空間都受到嚴格的控制，中低頻噪聲一直是飛機艙內噪聲控制的難題。

采用約束阻尼材料對薄壁類結構進行阻尼處理是實現減振降噪十分有效的措施，在振動發聲的薄板上敷設約束阻尼層，通過抑制其彎曲振動的幅度，從而降低輻射噪聲。約束阻尼層在汽車、地鐵和船舶等行業有廣泛研究與應用，而在飛機上的應用研究則較少[1-2]。目前，通常采用約束阻尼層的剪切模量和損耗因子等力學特性來評估材料的阻尼性能[3]，國內外學者對阻尼材料的力學特性做了大量研究，主要方法為解析法和數值法[4-6]。但是剪切模量和損耗因子不能直接有效地評估阻尼材料在實際應用中可獲得的降噪的效果。本文通過飛機壁板隔聲試驗來檢驗約束阻尼層降噪能力，并通過“隔音能力”這一指標比較分析了三種不同面密度的飛機常用約束阻尼層的降噪性能，可以方便地評估約束阻尼層實際應用的效果及其付出的重量代價。

1 約束阻尼層隔聲性能試驗

對于使用者而言，往往更關心阻尼材料應用后的實際降噪效果，本文基于某型號飛機的壁板試驗件，采用隔聲試驗測試了不同面密度的約束阻尼層敷貼于飛機壁板上的隔聲量，以分析評估約束阻尼層的降噪性能。由于飛機的基礎降噪構型為飛機蒙皮和隔音棉，本次試驗也以此為基本構型。

在混響室—全消聲室的試驗環境下，利用聲強法開展壁板隔聲量測試。分別測試了表2中的工況即飛機壁板，以及壁板上敷貼三種不同面密度約束阻尼層后的隔聲量。測得的四種工況的隔聲量曲線如圖1所示。

由圖1可見，在飛機壁板上敷貼不同面密度的約束阻尼層后，其隔聲量均呈整體上升趨勢。三種面密度的約束阻尼層在200～2000Hz的隔聲量平均高出“基本型”3～4.5dB。需注意的是，在200～315Hz頻段內，由于高面密度約束阻尼層的質量優勢，其隔聲量高于其余兩種阻尼層2～3dB，但在1250Hz～2000Hz頻段的隔聲量則明顯低于其余兩種較低面密度的約束阻尼層。

由于飛機性能對重量十分敏感，在飛機設計等領域使用約束阻尼層進行降噪處理時，必須考慮重量的代價。考慮重量因素后，綜合比較約束阻尼層的降噪效果，見表3。

由圖3可見，高面密度約束阻尼層的“隔音能力”（即性量比）最低。若要降低630Hz以上的中頻噪聲，低面密度約束阻尼層是最佳選擇。在重量因素不重要的領域，若要降低630Hz以下的低頻噪聲，要達到最好的降噪效果，可以選擇高面密度約束阻尼層。但若要平衡重量代價與降噪效果，可以選擇中面密度約束阻尼層。

3 小結

本文通過飛機壁板隔聲試驗來檢驗約束阻尼層降噪能力，以方便地評估約束阻尼層實際應用的效果及其付出的重量代價。可以得出以下結論：

1）對于1.37mm厚度的鋁制蒙皮壁板，約束阻尼層在200～5000 Hz可以增加3～4.5dB的隔聲量。并不是面密度越大的約束阻尼層降噪效果越好，630Hz以下的低頻噪聲，高面密度約束阻尼層的降噪效果最好，630Hz以上的中高頻段，低面密度約束阻尼層的降噪效果最好。

2）考慮付出的重量代價后，高面密度約束阻尼層的“隔音能力”（即性量比）最低。對于630Hz以下的低頻噪聲，中面密度約束阻尼層的“隔音能力”（即性量比）最高，對于630Hz以上的中高頻噪聲，低面密度約束阻尼層的“隔音能力”（即性量比）最高。

【參考文獻】

[1]杜華軍，于百勝，鄭鋼鐵，等.蜂窩錐殼衛星適配器約束阻尼層振動抑制分析[J].應用力學學報，2003，20（3）：5-9.

[2]喬志，褚夫強，渠鴻飛，等.敷設約束阻尼層艙室振動噪聲特性的試驗與仿真對比[J].材料開發與應用，2014，29（3）：14-20.

[3]楊青，王新，張偉，等.約束層阻尼結構降噪性能的測試分析[J].噪聲與振動控制，2010，8（4）：150-152.

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[責任編輯：鄧麗麗]