GJB 150.17 噪声试验标准探讨

郭强岭

（中国空空导弹研究院， 河南 洛阳 471009）

飞行器在挂载飞行和自主飞行过程中承受由于气动力“压力脉动”引起的噪声环境，通常这些压力脉动在5kPa～87kPa的幅值范围内和10Hz～10kHz的宽频带内是随机性的，但也可能存在很高幅值的离散频率压力脉动。气动噪声的大小与自由来流的动压成正比，同时也与导弹外形、飞行马赫数和攻角等密切相关，其声压总级在130dB～170dB范围内。噪声环境作用于飞行器外壳并通过与外壳相连接的结构引起飞行器内部设备的振动响应，是飞行器寿命期内的主要环境因素之一。

严酷的噪声环境能导致飞行器结构疲劳破坏，这种破坏通常是先出现累积损伤，然后出现裂纹，继而裂纹扩大，最后断裂。另外由于噪声在固体中传播衰减很少，因此它还能够导致飞行器内部微电子器件的引线故障、印刷电路板破裂、电触点断续工作、波导管与速调管失灵或损坏、光学元件失调和过量的电噪声等，应在飞行器研制阶段开展噪声环境研制试验，以确定结构设计、选用的器件和工艺对噪声环境的适应性。我国颁布的GJB 150.17–1986《军用设备环境试验方法 噪声试验》规定了各类飞行器的噪声试验条件和试验方法，本文简要介绍了GJB 150.17–1986噪声试验标准提供的试验方法，重点针对空腔共鸣试验条件进行分析并给出相应标准修订建议。

1 GJB 150.17–1986噪声试验标准简介

国外20世纪70年代对武器系统喷气噪声进行了深入研究，并将其作为武器系统环境试验的一个重要组成部分写入了MIL–STD–810。我国也几乎在同期开始了射流声学的研究工作，GJB 150.17–1986等效采用了1983年颁布的MIL–STD–810D推荐的噪声试验方法，并与1989年颁布的MIL–STD–810E完全一致，是目前现行有效的噪声环境试验标准，并给出了试验条件的确定方法，具有较好的可操作性。

GJB 150.17–1986给出的噪声环境试验分混响场噪声、掠入射噪声和空腔共鸣噪声3类，混响场噪声方法要求一个均匀强度的噪声谱型，冲击所有暴露的装备表面。通常在一个混响室中产生混响场，提供宽带随机激励并形成谱。对机载外挂推荐采用混响室试验方法进行试验，但混响室只能产生160dB以内的均匀声场，对于高量级噪声输入应考虑使用掠入射噪声进行试验。

掠入射噪声方法要求一个高强度、具有某一谱型的快速脉动的噪声，以一个特定的方向冲击试验件表面。掠入射噪声在行波管管道内产生，最高声压级可达165dB以上，主要适用于系统级产品，试验配置较容易，并可根据产品体积大小加工相应的行波管。试验件在行波管内应保证该面与管道的内表面齐平，以防止引入空腔或局部紊流效应。

空腔共鸣噪声的噪声谱声谱的强度和频率分量在很大程度上受空腔的几何形状与腔内装备之间关系的支配，空腔共鸣噪声可以在混响室或行波管内完成，但应使试验件空腔部分暴露于声能的直接作用，同时保护所有其他表面。

GJB 150.17–1986规定：“若设备的宽带随机噪声环境的总声压级不超过130dB或每赫带声压级低于100dB，则不必进行噪声试验”，由于缺少相应的实测数据，国内很少有航空产品按标准要求开展噪声环境试验。但随着新一代战机研制，内埋武器舱成为隐身性能较好的配置方案，而武器舱开门时气穴掠入气流形成的空腔共鸣环境对舱体结构和舱内外挂物影响很大，成为新研武器系统必须考虑的环境因素之一，应及时开展空腔共鸣噪声试验以验证环境适应性，但试验条件设计时发现GJB 150.17–1986给出的空腔共鸣噪声环境试验条件存在一些问题，影响试验的实施。

2 空腔共鸣试验条件分析

2.1 GJB 150.17—1986空腔共鸣试验条件

空腔共鸣声压级与自由来流动压有关，而共鸣频率取决于空腔尺寸和空气动力流动条件，试验条件计算方法主要基于Heller、Smith D等人1975年的研究报告给出，见公式（1）和公式（2）。

式中：

B0——试验声压级，dB；

q——空腔敞开时的飞行动压，Pa。

开放式调查中，当问及学生想组建何类新社团时，他们表现出极大积极性。现在校学生为“九五后”、“零零后”群体，他们对社团活动需求呈现出新的表象，已发生较大变化。他们普遍提出，需增加创新创意，聚焦大学生课余生活来提高社团吸引力，建议新增的有特色的社团，如天文社、户外实践类社团(旅行)、退伍军人相关社团等。

式中：

fN——第N阶模态共鸣频率，Hz；

N——模态数(N = 1, 2, 3, …)；

M ——马赫数；

L——暴露于气流中的开口长度/半径，m；

C——飞行高度上的声速，m/s。

空腔共鸣频率fN的上限为500Hz，在f1＞500Hz的情况下，仅使用这阶模态。

由计算结果可见，对于此大型武器舱依据标准推荐的计算公式空腔共鸣试验声压级达160dB以上，第1 586阶模态共鸣频率才达到20Hz，一般混响室只能达到155dB左右，此试验只能在行波管内进行试验，但各阶空腔共鸣频率均为次声频率，在现有的行波管内无法完成空腔共鸣噪声试验。

表1 GJB150.17–1986空腔共鸣试验条件

2.2 MIL–STD–810F空腔共鸣试验条件

2000年颁布的MIL–STD–810F中空腔共鸣声压级的计算公式没有变化，但对空腔共鸣频率的计算公式进行了修改，见公式（3）。不难看出在舱体尺寸不变的情况下按公式（3）计算的空腔共鸣频率将更低，无法据此开展空腔共鸣试验。制定MIL–STD–810F的参考文献之一就是NATO AECTP400，通过查阅2006年颁布的AECTP400第3版，其中给出了与公式（2）相同的共鸣频率计算公式，由此可见MIL–STD–810F出版过程中可能存在公式编排错误。目前正在报批的GJB150A.17相应等效采用了MIL–STD–810F的空腔共鸣计算公式，也存在此问题。

2.3 MIL–STD–810G空腔共鸣试验条件

2008年正式颁布的MIL–STD–810G空腔共鸣声压级的计算公式没有变化，但对空腔共鸣频率的计算方法进行了重大修改，对于长深比大于2、飞行马赫数在0.4～1.5内的空腔，给出的共鸣频率计算方法见公式（4）。

式中：

U——自由来流速度，m/s；

L——暴露于气流中的空腔长度，m；

M——自由来流马赫数；

N——声模态阶数；

γ——空气的比热比，恒定常数1.4。

经查阅资料，美国《军用飞机声疲劳设计指南》中提供了与MIL–STD–810G类似的空腔共鸣频率计算公式，见公式（5）。

由于MIL–STD–810G和美国《军用飞机声疲劳设计指南》中并未给出计算公式来源，我们也没有内埋武器舱噪声环境测试数据，无从判断公式的孰对孰错。将典型发射参数分别用公式（4）和公式（5）进行空腔共鸣频率验算，计算结果见表2，参数相同时公式（4）的计算频率明显比公式（5）的计算频率高1.5倍以上，且在10阶以内声模态频率就能达到500Hz，试验的可操作性更强。

表2 公式（4）和公式（5）空腔共鸣频率验算结果

3 结论

空腔共鸣噪声环境试验是新一代战机内埋武器舱结构和内埋武器系统必须进行环境研制试验，依据现行的GJB 150.17–1986计算的空腔共鸣试验条件在现有试验设备中无法实施。通过分析MIL–STD–810F、NATO AECTP400、MIL–STD–810G和美国军用飞机声疲劳设计指南等相关规范中提供的空腔共鸣试验条件，MIL–STD–810F的计算公式可能存在编排错误，MIL–STD–810G的计算公式较为可信，而我国正在报批的GJB 150A.17等效采用了MIL–STD–810F的空腔共鸣计算公式，建议尽快依据MIL–STD–810G进行修改，同时开展空 腔噪声环境实测工作，对共鸣频率计算公式进行必要的校核。