新的发动机设计可以抑制战斗机的轰鸣声——美国海军将在F-18超级黄蜂上进行测试

波音FA-18F超级大黄蜂

实验室测试表明,降低商用和军用航空喷气机噪音大有希望。

辛辛那提大学(University of Cincinnati)和美国海军研究实验室(Naval Research Laboratory)的航空航天工程师为F-18战斗机设计了一种新的喷嘴,他们希望能在不影响性能的情况下减弱发动机震耳欲聋的轰鸣声。

俄亥俄州著名学者Ephraim Gutmark教授和他在加州大学工程与应用科学学院的学生在他的空气声学实验室设计并测试了1/28尺寸的喷气发动机上的新型喷嘴。

在加州大学的实验室测试中,喷嘴的内部采用三角形翅片状的鲨鱼牙齿,显著降低了喷气发动机的噪音。该项目是加州大学、美国海军研究实验室和帕塔克森特河海军航空站的合作项目。今年秋天,NAVAIR将在美国海军陆战队和海军使用的战术战斗机F-18超级黄蜂上测试UC的设计和性能。

比例模型F-18超级大黄蜂喷气发动机

激光照亮了F-18超级大黄蜂上使用的比例模型喷气发动机的羽流。加州大学开发了一种新的发动机喷嘴,可以在不影响发动机性能的情况下消声。来源:Andrew Higley/UC Creative + Brand

Gutmark说:“它们只是简单的附件,可以改变从发动机流出的流体的行为,对发动机性能的影响很小。”

坎特伯雷大学的实验室测试表明,这种新型喷嘴可以将发动机噪音降低5到8分贝。这似乎不太可能。但与直尺等一英寸总是一英寸的线性刻度不同,分贝是以对数刻度测量的,其中20分贝是噪音的十倍。

“这非常重要,”古特马克说。“通常情况下,发动机公司即使得到半分贝的改善也很高兴,因为分贝代表对数刻度。”

Mohammad Saleem新型喷气发动机喷嘴

加州大学工程与应用科学学院的博士生穆罕默德·萨利姆(Mohammad Saleem)拿着加州大学以法莲·古特马克(Ephraim Gutmark)教授实验室设计的一款新型喷气发动机喷嘴。今年秋天,美国海军将在F-18超级大黄蜂上测试UC公司的设计。来源:Andrew Higley/UC Creative + Brand

坎特伯雷大学的初步实验室结果有望降低商用和军用航空的喷气式飞机噪音。加州大学和海军申请了一项联合专利。

Gutmark说:“如果这种设计适用于这款发动机,只要稍加修改,它就可以应用于任何其他发动机。”

该项目由美国国防部环境研究计划的战略环境研究和发展计划资助。

据美国退伍军人事务部(U.S. Department of Veterans Affairs)的数据,听力损失和耳鸣是军人伤残索赔的主要原因,影响了260多万退役军人。退伍军人事务部每年在听力损失案件上的支出超过10亿美元,约占每年向退伍军人事务部提交的新伤残索赔的15%。

罗纳德·里根号航空机组人员

加州大学的研究有望减少喷气机噪音对商业和军事航空的健康和安全影响。里根号航母上的飞行人员在帮助F/ a -18超级大黄蜂起飞和降落时戴着耳罩。信贷:灰色吉布森/美国海军

在军用和商用航空中,喷气机噪音尤其构成严重的健康风险。据海军研究咨询委员会称,海军飞行甲板上的人员受到的噪音超过150分贝。

“在航空母舰上,飞行甲板上与飞行员一起工作的机组人员需要在飞机起飞时离飞机非常近。由于航母上的跑道很短,他们必须用加力燃烧器来操作引擎,所以声音非常大。”

喷气机的噪音和振动甚至可以影响到飞机本身,这种现象被称为声学加载,Gutmark说。

Gutmark补充道:“通过抑制噪音,你在帮助机组人员的同时也帮助了飞机本身的寿命。”。

“知道你在研制战斗机真是令人激动。这是一个很酷的因素。”

Mohammad Saleem,加州大学航空航天工程系学生

加州大学已经与海军研究实验室和NAVAIR在这个项目上工作了两年。海军提供计算分析和飞机信息,以补充UC的设计和实验工作。

古特马克的多元化研究包括发动机燃烧和推进技术、声学甚至生物医学研究。他在美国海军的打击战斗机战术指导员计划中向飞行员教授航空航天工程原理,该计划是电影《冲锋枪》的灵感来源

古特马克说:“教他们很令人兴奋,因为他们真的很感兴趣。”“他们真的想知道更多关于飞机做这个或那个会发生什么。在飞行过程中,从了解飞机实际情况的人那里获得反馈是一个特殊的机会。”

Mohammad Saleem和Aatresh Karnam

加州大学博士生Mohammad Saleem和Aatresh Karnam在加州大学空气声学实验室研究F-18超级大黄蜂喷气发动机的比例模型。学分:Andrew Higley/UC Creative+Brand

古特马克实验室的学生在罗德霍尔的地下实验室使用喷气式发动机时,佩戴工业级护耳用具。发动机安装在一个消声室内的地面上,消声室内设计用于完全吸收声波反射。学生可以在舱外远程开启喷气发动机,并使用一套传感器测量和分析排气羽流的噪音。

“在我们的实验室里,我们有四种不同的测量技术,包括声学、光学测量和激光设备的信号处理,”加州大学的博士生Aatresh Karnam说。“就像任何工程领域一样,你必须采用多种技术来了解要捕获哪些数据,如何处理和解释这些数据。这是一个艰巨的挑战。”

在燃烧室中,一排灵敏的麦克风围绕着喷气机。也许并不奇怪,噪音听起来不同,取决于一个人的相对位置,喷气烟。

古特马克教授说:“噪音的每一个组成部分都在向不同的方向传播。”“麦克风围绕射流呈弧形分布,因此我们可以检测到下游、上游或侧面的噪声。”

比例模型喷气发动机测试

加州大学航空航天工程专业的学生使用激光和其他设备来观察和测量F-18超级大黄蜂所用的比例模型喷气式发动机产生的噪音和废气羽流。来源:Andrew Higley/UC Creative + Brand

加州大学的工程师们在冷喷嘴和热喷嘴上测试了他们的新型喷嘴设计,其排气温度可达1100度华氏温度. 这架飞机是总部位于辛辛那提的通用电气航空公司制造的F-18 F404发动机的缩尺模型。

“一架真正的喷气式飞机的排气加力燃烧室会变得更热,”卡南说。

加州大学博士生穆罕默德·萨利姆说,今天的飞机比20年前更安静。商用航空和军用航空在降低噪音方面都具有强大的公共和财政利益。他说,即使是渐进式的改进也会产生深远的影响。

萨利姆说:“这些降噪技术对生活在空军基地周围的社区和航空母舰上的工作人员极为有利。”

Mohammad Saleem定制喷气发动机喷嘴

加州大学博士生Mohammad Saleem举着他在加州大学教授Ephraim Gutmark的实验室帮助设计的几个定制喷气发动机喷嘴。来源:Andrew Higley/UC Creative + Brand

萨利姆说,他一直对航空航天工程感兴趣。但他喜欢喷气发动机噪音这样复杂的项目所带来的挑战。

他说:“我选择加州大学是因为它在推进系统方面有很强的实力。”

但他承认,当他谈到与F-18超级大黄蜂的合作时,他的朋友和家人都印象深刻。

“知道你在研制战斗机真是令人激动。这是个很酷的因素,”萨利姆说。

“工程就是解决问题。乐趣在于设计出一个有效的系统。我认为这很令人满意。”

5评论美国海军将在F-18超级大黄蜂上进行测试

  1. 可以减少5到8分贝的引擎噪音

    分贝是多少?如果是声压,那么“20分贝是10倍大的噪音”是完全错误的。(不……原文如此!)
    加权还是非加权??

  2. 20db的增加是100x而不是10x

  3. 20分贝与正确的10分贝是一个永远不会发生的错误。令人惊讶的是,在文章审批过程中,没有人发现它。

  4. 伙计,你一定很喜欢邓宁-克鲁格的评论。作者是正确的。20db是声压增加10倍:

    SPL(dB) = 20*log(P / P_ref)

    前面的20很重要!

  5. 你为什么要那样做?我喜欢传统的大黄蜂嚎叫。这么不公平,但我理解。

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