一種用於提高渦槳飛機防冰板聲學性能的設計方法
2023-05-14 21:08:06 2
一種用於提高渦槳飛機防冰板聲學性能的設計方法
【專利摘要】本發明提供了一種用於提高渦槳飛機防冰板聲學性能的設計方法，通過對防冰板的選型、聲學內芯的選型、防冰板氣動外形設計以及環境適應性設計要求和防冰板裝機要求等內容等組成。依據此方法可設計出具有隔聲量高、氣動噪聲低、易更換、滿足環境適應性等特點的防冰板結構，實現在不改變飛機結構的前提下，具有避免螺旋槳甩冰損傷機身和提高機身結構聲學性能兩方面的性能要求。
【專利說明】一種用於提高渦槳飛機防冰板聲學性能的設計方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於飛機結構聲學設計領域，具體涉及一種防冰板的設計方法。
【背景技術】
[0002] 渦槳飛機在飛行過程中，螺旋槳高速旋轉，會產生巨大的線譜噪聲和氣流脈動，擊 打在機身蒙皮上，嚴重影響飛機艙內的聲學環境，破壞坐乘舒適性。根據已有研宄成果表 明，螺旋槳噪聲主要通過螺旋槳平面對應的機身側壁區域傳遞至艙室內部，影響艙內坐乘 舒適性。
[0003] 在現有國產渦槳飛機防冰板設計中，通常在機身外部、螺旋槳平面對應區域，對稱 地附加一層蒙皮，來防止螺旋槳甩冰損傷機身結構；附加蒙皮由外層金屬蒙皮和內部阻尼 橡膠組成，利用氣密螺栓固定在飛機機身外部。此種防冰板不能兼顧在防止螺旋槳甩冰擊 傷機身結構的同時，有效衰減螺旋槳噪聲向艙室內的傳播，因此具有一定局限性。
【發明內容】
[0004] 為克服相關技術中存在的問題，提高渦槳飛機防冰板結構聲學性能，實現新設計 的防冰板結構兼顧客艙噪聲控制和防止機身結構冰擊損傷的功能，本發明提供了一種低氣 動聲、高隔聲量、易於更換、環境適應性高的防冰板結構設計方法，包括如下步驟：
[0005] 步驟1、依據原有飛機防冰板面板的設計方案進行抗冰擊面板選型；
[0006] 步驟2、根據材料吸聲係數方法和隔聲性能測試方法測試待選材料的聲學性能，並 根據待選材料的吸聲係數和隔聲性能，選取防冰板的聲學內芯；
[0007] 步驟3、根據聲學內芯材料厚度及抗冰擊面板厚度，確定防冰板厚度，並依據防冰 板厚度，利用氣動計算聲學軟體計算防冰板自激噪聲，在此基礎上，通過修改氣動封邊的長 度，計算不同氣動封邊設計下防冰板的氣動噪聲；
[0008] 步驟4、在所述步驟3的基礎上並根據螺旋槳實測噪聲確定防冰板封邊長度；
[0009] 步驟5、根據螺旋槳安裝位置及旋轉方向確定防冰板的安裝位置和安裝方式； [0010] 步驟6、通過步驟5中確定的防冰板安裝位置以及機身兩側外形特徵確定防冰板 結構形狀。
[0011] 優選的是，還包括在防冰板垂直於航向的下部封邊上，設置"T"型導流槽以及對防 冰板進行性能測試。
[0012] 在上述任一方案中優選的是，在所述步驟1中，包括對材料或結構改變的面板開 展面板結構的冰擊實驗或冰擊計算模擬來滿足抗冰擊的要求。
[0013] 在上述任一方案中優選的是，在所述步驟2中，選擇螺旋槳1階頻率上總隔聲量最 大材料作為聲學內芯。
[0014] 在上述任一方案中優選的是，在所述步驟2中，選擇螺旋槳1階頻率上吸聲最大的 材料作為聲學內芯。
[0015] 在上述任一方案中優選的是，在所述步驟3中，首先根據已選抗冰擊面板厚度和 聲學內芯厚度，確定出新設計防冰板的總厚度，其次，利用CFD+CAA的方法計算與防冰板厚 度相等的凸臺在氣流條件下的氣動噪聲，再次，在上述計算模型中在凸臺迎風方向增加氣 動封邊，計算增加氣動封邊後防冰板的氣動噪聲，重複上述步驟，計算出不同封邊長度對應 的氣動噪聲，得出封邊長度與自激噪聲的曲線。
[0016] 在上述任一方案中優選的是，在所述步驟4中，根據螺旋槳實測噪聲大於帶氣動 封邊的防冰板自激噪聲計算結果25dB以上來確定防冰板封邊長度。
[0017] 在上述任一方案中優選的是，在所述步驟5中，防冰板的安裝位置，分為沿飛機航 向和垂直飛機航向，在沿飛機航向上，防冰板中心安裝在螺旋槳平面對應的機身位置，跨度 為1個框，在垂直於飛機航向上，防冰板覆蓋螺旋槳葉尖外圓切線與機身相交所的所有區 域，其中，當飛機兩個螺旋槳為同向旋轉時，其螺旋槳葉尖外圓切線與機身相交所的區域在 機身左右兩側非對稱。
[0018] 在上述任一方案中優選的是，在所述步驟6中，包括根據步驟4重新設計開口處氣 動封邊。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019] 此處的附圖被併入說明書中並構成本說明書的一部分，示出了符合本發明的實施 例，並與說明書一起用於解釋本發明的原理。
[0020] 圖1是按照本發明用於提高渦槳飛機防冰板聲學性能的設計方法中一優選實施 例的防冰板結構氣動封邊外形示意圖。
[0021] 圖2為圖1所示實施例的防冰板結構安裝示意圖。
[0022] 其中，1為防冰板，2為壁板，3為螺栓孔，4為法蘭環，A為防冰板左側封邊形式，B 為防冰板右側封邊形式，H為防冰板厚度，L為防冰板封邊長度。
【具體實施方式】
[0023] 這裡將詳細地對示例性實施例進行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及 附圖時，除非另有表示，不同附圖中的相同數字表示相同或相似的要素。
[0024] 本發明提出了一種用於提高渦槳飛機防冰板聲學性能的設計方法，用於設計出新 型防冰板結構，在有效避免螺旋槳甩冰損傷機身結構的同時，提高機身側壁對螺旋槳噪聲 傳播的抑制能力，起到降低艙內噪聲的效果；主要內容包括抗冰擊面板選型方法、聲學內芯 選型方法、防冰板氣動外形設計方法、環境適應性設計要求、防冰板裝機要求等內容，依據 此方法可設計出具有隔聲量高、氣動噪聲低、抗冰擊能力強、易更換、適應環境等特點的防 冰板結構，實現在不改變飛機結構的前提下，避免螺旋槳甩冰損傷機身和提高機身結構聲 學性能兩方面的技術要求。
[0025] 實施例1 :
[0026] 本發明提供了一種低氣動聲、高隔聲量、易於更換、環境適應性高的防冰板結構設 計方法，包括如下步驟：
[0027] 步驟1、依據原有飛機防冰板面板的設計方案進行抗冰擊面板選型；
[0028] 步驟2、根據材料吸聲係數方法和隔聲性能測試方法測試待選材料的聲學性能，並 根據待選材料的吸聲係數和隔聲性能，選取防冰板的聲學內芯；
[0029] 步驟3、根據聲學內芯材料厚度及抗冰擊面板厚度，確定防冰板厚度，並依據防冰 板厚度，利用氣動計算聲學軟體計算防冰板自激噪聲，在此基礎上，通過修改氣動封邊的長 度，計算不同氣動封邊設計下防冰板的氣動噪聲；
[0030] 步驟4、在所述步驟3的基礎上並根據螺旋槳實測噪聲確定防冰板封邊長度；
[0031] 步驟5、根據螺旋槳安裝位置及旋轉方向確定防冰板的安裝位置和安裝方式；
[0032] 步驟6、通過步驟5中確定的防冰板安裝位置以及機身兩側外形特徵確定防冰板 結構形狀。
[0033] 在所述步驟1中，包括對材料或結構改變的面板開展面板結構的冰擊實驗或冰擊 計算模擬來滿足抗冰擊的要求。防冰板抗冰擊面板，可選用原有飛機防冰板面板也可選擇 新材料、新結構的面板；如選擇新的面板（材料或結構改變），必須開展面板結構的冰擊實 驗或冰擊計算模擬，已驗證面板強度是否能滿足抗冰擊的要求。
[0034] 材料聲學性能測試可參考GB/T18696. 1-2004等標準來進行；材料隔聲性能可根 據GB/T19889. 1-2005等標註進行；在所述步驟2中，針對飛機的螺旋槳噪聲分布特徵，進行 根據測試結果，進行聲學內芯材料選型；聲學材料選型原則是，在螺旋槳1階頻率上吸聲吸 聲最大和總隔聲量最大；當不能同時滿足上述條件時，優先選擇總隔聲量最大材料作為聲 學內芯
[0035] 在所述步驟3中，如圖1所示，首先根據已選抗冰擊面板厚度和聲學內芯厚度，確 定出新設計防冰板的總厚度，其次，利用CFD+CAA的方法以及利用計算氣動聲學商業軟體 (如ACTRAN、LMSVirtualLab等）來計算與防冰板厚度相等的凸臺在氣流條件下的氣動噪 聲，再次，在上述計算模型中在凸臺迎風方向增加氣動封邊，計算增加氣動封邊後防冰板的 氣動噪聲，重複上述步驟，計算出不同封邊長度對應的氣動噪聲，得出封邊長度與自激噪聲 的曲線。
[0036] 在所述步驟4中，根據螺旋槳實測噪聲大於帶氣動封邊的防冰板自激噪聲計算結 果25dB以上來確定防冰板封邊長度。其中需要說明的是，在常規聲學測試中，當主要聲音 大於背景噪聲25dB以上時，背景噪聲引起的誤差可忽略；因此，當主要聲音（螺旋槳噪聲） 大於防冰板自激噪聲25dB以上時，防冰板的自激噪聲可忽略。
[0037] 在所述步驟5中，如圖2所示，防冰板的安裝位置，分為沿飛機航向和垂直飛機航 向，在沿飛機航向上，防冰板中心安裝在螺旋槳平面對應的機身位置，跨度為1個框，在垂 直於飛機航向上，防冰板覆蓋螺旋槳葉尖外圓切線與機身相交所的所有區域，其中，當飛機 兩個螺旋槳為同向旋轉時，其螺旋槳葉尖外圓切線與機身相交所的區域在機身左右兩側非 對稱。
[0038] 在所述步驟6中，在確定防冰板安裝區域和安裝位置後，需要根據機身此區域的 特殊設計（如窗戶、凸起、口蓋等），對防冰板結構進行開口設計，並根據步驟4重新設計開 口處氣動封邊。
[0039] 實施例2 :
[0040] 與實施例1相似，包括以下步驟：
[0041] 步驟1、依據原有飛機防冰板面板的設計方案進行抗冰擊面板選型；
[0042] 步驟2、根據材料吸聲係數方法和隔聲性能測試方法測試待選材料的聲學性能，並 根據待選材料的吸聲係數和隔聲性能，選取防冰板的聲學內芯；
[0043] 步驟3、根據聲學內芯材料厚度及抗冰擊面板厚度，確定防冰板厚度，並依據防冰 板厚度，利用氣動計算聲學軟體計算防冰板自激噪聲，在此基礎上，通過修改氣動封邊的長 度，計算不同氣動封邊設計下防冰板的氣動噪聲；
[0044] 步驟4、在所述步驟3的基礎上並根據螺旋槳實測噪聲確定防冰板封邊長度；
[0045] 步驟5、根據螺旋槳安裝位置及旋轉方向確定防冰板的安裝位置和安裝方式；
[0046] 步驟6、通過步驟5中確定的防冰板安裝位置以及機身兩側外形特徵確定防冰板 結構形狀。
[0047] 所不同的是，本實施例還包括在防冰板垂直於航向的下部封邊上，設置"T"型導流 槽以及對防冰板進行性能測試。
[0048] 據飛機實際承力結構（框、長桁），在防冰板抗冰擊面板外圍設置安裝螺栓孔，利 用氣密螺母安裝在機身上，在防冰板垂直於航向的下部封邊中，設計"T"型開孔，用於將抗 冰擊面板內、因環境變化產生的冷凝水排出。
[0049] 防冰板結構屬於安裝在飛機外部的產品，因此根據飛機結構完整性要求，須開展 結構環境適應性驗證；其中需要說明的是在所述步驟1中，如果防冰板面板材料更換，必須 通過實驗驗證新選材料的環境適應性（表1所述）；如選用原有飛機防冰板面板，則不需要 進行環境適應性驗證。
[0050] 表1防冰板面板的環境適應性驗證要求
[0051]
【權利要求】
1. 一種用於提高渦槳飛機防冰板聲學性能的設計方法，其特徵在於包括如下步驟： 步驟1、依據原有飛機防冰板面板的設計方案進行抗冰擊面板選型； 步驟2、根據材料吸聲係數方法和隔聲性能測試方法測試待選材料的聲學性能，並根據 待選材料的吸聲係數和隔聲性能，選取防冰板的聲學內芯； 步驟3、根據聲學內芯材料厚度及抗冰擊面板厚度，確定防冰板厚度，並依據防冰板厚 度，利用氣動計算聲學軟體計算防冰板自激噪聲，在此基礎上，通過修改氣動封邊的長度， 計算不同氣動封邊設計下防冰板的氣動噪聲； 步驟4、在所述步驟3的基礎上並根據螺旋槳實測噪聲確定防冰板封邊長度； 步驟5、根據螺旋槳安裝位置及旋轉方向確定防冰板的安裝位置和安裝方式； 步驟6、通過步驟5中確定的防冰板安裝位置以及機身兩側外形特徵確定防冰板結構 形狀。
2. 根據權利要求1所述的用於提高渦槳飛機防冰板聲學性能的設計方法，其特徵在 於：還包括在防冰板垂直於航向的下部封邊上，設置"T"型導流槽以及對防冰板進行性能 測試。
3. 根據權利要求1所述的用於提高渦槳飛機防冰板聲學性能的設計方法，其特徵在 於：在所述步驟1中，包括對材料或結構改變的面板開展面板結構的冰擊實驗或冰擊計算 模擬來滿足抗冰擊的要求。
4. 根據權利要求1所述的用於提高渦槳飛機防冰板聲學性能的設計方法，其特徵在 於：在所述步驟2中，選擇螺旋槳1階頻率上總隔聲量最大材料作為聲學內芯。
5. 根據權利要求4所述的用於提高渦槳飛機防冰板聲學性能的設計方法，其特徵在 於：在所述步驟2中，選擇螺旋槳1階頻率上吸聲最大的材料作為聲學內芯。
6. 根據權利要求1所述的用於提高渦槳飛機防冰板聲學性能的設計方法，其特徵在 於：在所述步驟3中，首先根據已選抗冰擊面板厚度和聲學內芯厚度，確定出新設計防冰板 的總厚度，其次，利用CFD+CAA的方法計算與防冰板厚度相等的凸臺在氣流條件下的氣動 噪聲，再次，在上述計算模型中在凸臺迎風方向增加氣動封邊，計算增加氣動封邊後防冰板 的氣動噪聲，重複上述步驟，計算出不同封邊長度對應的氣動噪聲，得出封邊長度與自激噪 聲的曲線。
7. 根據權利要求1所述的用於提高渦槳飛機防冰板聲學性能的設計方法，其特徵在 於：在所述步驟4中，根據螺旋槳實測噪聲大於帶氣動封邊的防冰板自激噪聲計算結果 25dB以上來確定防冰板封邊長度。
8. 根據權利要求1所述的用於提高渦槳飛機防冰板聲學性能的設計方法，其特徵在 於：在所述步驟5中，防冰板的安裝位置，分為沿飛機航向和垂直飛機航向，在沿飛機航向 上，防冰板中心安裝在螺旋槳平面對應的機身位置，跨度為1個框，在垂直於飛機航向上， 防冰板覆蓋螺旋槳葉尖外圓切線與機身相交所的所有區域，其中，當飛機兩個螺旋槳為同 向旋轉時，其螺旋槳葉尖外圓切線與機身相交所的區域在機身左右兩側非對稱。
9. 根據權利要求1所述的用於提高渦槳飛機防冰板聲學性能的設計方法，其特徵在 於：在所述步驟6中，包括根據步驟4重新設計開口處氣動封邊。
【文檔編號】B64C1/40GK104443348SQ201410775118
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月15日 優先權日:2014年12月15日
【發明者】侯峰, 黃文超, 董寧娟, 秦浩明, 潘凱, 龐彥賓, 李紅麗, 劉興強 申請人:中國飛機強度研究所