淺析消聲器在航空發動機試車臺上的應用

陽為民 申宇翔 黃炯

摘要：當前航天事業的不斷發展，其中做好對航空發動機試車臺的噪音控制工作成為一項關鍵環節，加強對試車臺的噪音環境進行分析和評估是日常工作內容。航空發動機因其具有轉速快、排氣溫度過高的特征，在試車時會造成噪音，甚至是形成寬頻帶噪音，對周邊環境帶來了不利的影響。簡單闡述消聲器的主要類型以及之間的差異，分析當前消聲器的應用現狀，針對不同的頻率選擇合適的消聲器，為后期航空發動機試車臺的噪聲治理提供一些借鑒意義。

關鍵詞：消聲器;航空發動機;試車臺;具體應用

引言：

在航空發動機的研制過程中臺架試車是必不可少的試驗環節，部門單位必須要重視對發動機研制的整個過程的控制與管理，尤其是對噪音的有效控制，規范建設試車臺，并制定完善的細則標準，進一步加強我國的航空發動機的試車臺管控。

一、消聲器的主要類型及具體差異

不同的消聲器需要應用不同的消聲技術，這樣才能夠最大程度上發揮其功效和優越性。根據目前現有的消聲技術主要有兩大類，一種是無源消聲技術，另一類則是有源消聲技術。由于無源消聲技術是較為傳統的技術手段，因此相比于傳統無源消聲技術，有源消聲技術是相對創新的技術手段，對它的研究也一直處于摸索階段，且基本從未在試車臺上應用過。無源消音技術，按照一定的規律還可分成抗性、阻性、電阻復合、小洞和穿孔板消聲等類型。例如，阻性消音就是利用聲音在多孔吸聲材料中傳播時，由于產生的摩擦能夠使聲能轉化為能量傳播，它以此方式來達到降低噪音的目的，這同時也是一種吸收型的消聲單元;而抗性消聲則與電磁阻消聲完全相反，其并沒有使用吸音材料，而只是使用在管道截面突變處或者旁接共振腔的方式，改變了噪聲傳導中的阻力，進而實現消音的目標，特別是針對中低頻的噪聲則有著良好的療效;而阻抗復合聲也是根據阻性消音與抗性消聲的特性消音頻率范圍較廣;小孔消聲是利用在管壁上開小孔的直管來進行消聲;穿孔板消聲是使用厚度小于1毫米的金屬薄板，并且在薄板上打出小于1毫米的孔來提升消聲的效果。具體要根據不同的情況選擇不同的消聲手段，最大化地達到消除航空發動機噪聲的效果[1]。

二、當前消聲器在航空發動機試車臺的應用現狀

相較于普通的噪聲，航空發動機的噪聲不僅聲級高、強度大，而且也具有一定的危害性，在實際的消聲工作過程中具有非常的難度。目前我國對于航空發動機的噪聲處理工作愈加關注，未來研制出來的新發動機的各項基本性能也在逐漸加強，但同時噪聲處理的難度也在增加，后期的檢修維護處理成本占比也較大，各項資源也得不到合理科學地利用，因此在設計的初期就需要對發動機試車臺噪聲臺的合理性進行合理評估和分析，設計出具有可行性的降噪方案。我國航空試車臺數量相對較多，但是對于試車臺試行的降噪試驗相關的效果報告很少。降噪工作要充分把握兩個方面，一是對于噪聲生源特征的科學掌握，二是對于不同噪聲生成類型采取針對性的方法手段來進行有效降噪，對試車臺的環境噪聲數據和降低噪聲的設備進行試行測量，尤其是在降噪的相關設計方面，善于運用試車臺的進氣消聲器和排氣消聲器等來減低對外界的應下個，在日常工作中能夠準確反映出目前噪聲的來源強度以及相應的頻譜特性，及時總結現有的降噪技術經驗，這些都是具有較強的技術價值[2]。

三、消聲器在航空發動機試車臺中的具體應用

（一）進氣道的噪聲形成及對策

進氣道內產生的噪音，主要是在發動機運行過程中產生的，但隨后又將輻射氣體引入了進氣道。如果是氣流量很大的發電機，還會存在次生噪聲，另外螺旋槳式的發電機也會產生螺旋和渦流等噪音，但還要復雜一點。為了對付這一類噪聲，可以采用在進氣道的墻壁上設置穿孔板消音單元，板內再設置消聲材料，可以得到較寬的吸聲頻帶，對噪音影響很大的試車臺也可以嘗試移動的消音單元，來提高消聲效率。

（二）試車間的噪聲形成及對策

測試車間的噪音種類大致有三種，試車裝置產生的噪音、發電機產生的噪聲還有引射器的次生噪聲，而測試廠房所產生的噪聲頻率也大多為中高頻。其所采取的最主要辦法也是著眼于中高頻噪聲而來的，為了盡可能地避免噪聲通過氣塔憋漏出去，主要都是使用穿孔板來進行消音的，另外需要按照具體的噪聲頻段來選擇穿孔率和穿孔結構。測試間在安裝穿孔板時，鋼板內必須填滿玻璃棉的吸音材料，擴大吸音的信號頻帶范圍，以便提高吸音功效?；蛘咴跍y試廠房的上部掛置吸音體，這個吸音體也是穿孔鋼板吸音結構的一部分，同樣在體內填充超細的玻璃棉，此類構造不僅吸聲效果好，吸聲頻帶也相對較寬，能夠更好地起到消除噪聲的作用[3]。

（三）排氣塔的噪聲形成及對策

排氣塔實際并不會產生噪聲，而是經由排氣塔向外輻射試車間的噪聲，這類噪聲的聲頻功率都比較高，高頻的有渦輪和壓氣機帶來的噪聲，低頻的時氣流的噪聲。針對排氣塔的噪聲有兩種解決方式，一種是借助開孔擴壓器來對排氣塔噪聲進行消除，排氣塔的氣流通過擴壓器時能夠擴壓降速;另一種是利用排氣塔消聲。排氣塔消聲又有三種方式，分別是迷宮式、直流型的組合式排水塔。迷宮型是通過多孔的吸聲障板，曲折地把氣體排出。直流型則是直接用直的排氣筒，然后通過磚墻等承重結構混合架構來將噪聲進行封閉。組合式則是將迷宮型排氣塔與直流型排氣塔相結合，在上部的擴張消聲室下連接迷宮消聲室，使管路中的廢氣在管路中進行了多次的損耗中來達到降低噪聲效果。當發動機在達到了最大狀態時，排氣塔周圍的噪聲也在一定程度上存在了不穩定性，發動機在達到了最大狀態時，排氣塔附近的噪聲也在一定程度上存在著不穩定性，尤其是隔聲門周圍的噪聲往往要比別的地方還要大，所以工程設計人員要注意時隔聲門的材質選用以及具體的降噪設計手段，在設計處理上也要注意排氣塔的塔體構造和各個墻體接縫之間的細節處理[4]。

四、結束語

航空發動機試車臺的噪聲來源，主要時是因為壓縮空氣處于高速流動狀態以及空氣與機械碰撞振動所造成的。而后產生的噪聲再通過進氣和排出道向外界發散，而且由于噪聲的傳播頻譜范圍相對較廣，所以必須具體地針對試車臺上的各個主要組成部分來選用合適的消聲器，并且還必須對整個試車臺上進行隔音處理，并利用多樣化的手段，保證達到消音的效果。

參考文獻：

[1]楊明綏，劉凱，賈平芳，王萌，閆海蛟，馮敏. 航空發動機試車臺噪聲環境測試研究[J]. 燃氣渦輪試驗與研究，2017，30（01）：18-24.

[2]楊明陽，佟剛，王文竹. 雙模式消聲器性能優化設計方法的研究[J]. 機械工程與自動化，2019（05）：41-43+46.

[3]牛延云，李廷福，沈丙炎. 內插管擴張室消聲器在航空發動機試車臺上的應用[J]. 航空發動機，2001，000（001）：43-44，52.

[4]李釗. 淺析消聲器在航空發動機試車臺上的應用[J]. 科學與信息化，2019（21）：1.