作用于飞机蒙皮的约束阻尼层降噪性能分析

冯梓鑫

【摘 要】由发动机振动引发的中低频噪声一直是尾吊式飞机舱内噪声控制的难题。约束阻尼层通常用于实现对薄板结构的减振降噪。本文通过飞机壁板隔声试验来检验约束阻尼层降噪能力，方便地评估约束阻尼层实际应用的效果及其付出的重量代价。

【关键词】飞机壁板；约束阻尼层；降噪；重量

0 引言

舱内声学环境日益受到航空公司和飞机制造商的重视，如何降低舱内噪声，提高飞机乘坐舒适性已经成为飞机研究的热点问题之一。飞机舱内噪声主要来源于结构声和空气声两方面，在飞机舱内噪声控制上，通过铺设隔热隔音棉等隔声吸声材料，改善机身气密性等方法可以有效地隔离中高频空气噪声，而由发动机振动引发机体结构振动产生的中低频噪声在结构中随距离衰减的程度较小，难以抑制。尤其对于飞机设计来说，重量和空间都受到严格的控制，中低频噪声一直是飞机舱内噪声控制的难题。

采用约束阻尼材料对薄壁类结构进行阻尼处理是实现减振降噪十分有效的措施，在振动发声的薄板上敷设约束阻尼层，通过抑制其弯曲振动的幅度，从而降低辐射噪声。约束阻尼层在汽车、地铁和船舶等行业有广泛研究与应用，而在飞机上的应用研究则较少[1-2]。目前，通常采用约束阻尼层的剪切模量和损耗因子等力学特性来评估材料的阻尼性能[3]，国内外学者对阻尼材料的力学特性做了大量研究，主要方法为解析法和数值法[4-6]。但是剪切模量和损耗因子不能直接有效地评估阻尼材料在实际应用中可获得的降噪的效果。本文通过飞机壁板隔声试验来检验约束阻尼层降噪能力，并通过“隔音能力”这一指标比较分析了三种不同面密度的飞机常用约束阻尼层的降噪性能，可以方便地评估约束阻尼层实际应用的效果及其付出的重量代价。

1 约束阻尼层隔声性能试验

对于使用者而言，往往更关心阻尼材料应用后的实际降噪效果，本文基于某型号飞机的壁板试验件，采用隔声试验测试了不同面密度的约束阻尼层敷贴于飞机壁板上的隔声量，以分析评估约束阻尼层的降噪性能。由于飞机的基础降噪构型为飞机蒙皮和隔音棉，本次试验也以此为基本构型。

在混响室—全消声室的试验环境下，利用声强法开展壁板隔声量测试。分别测试了表2中的工况即飞机壁板，以及壁板上敷贴三种不同面密度约束阻尼层后的隔声量。测得的四种工况的隔声量曲线如图1所示。

由图1可见，在飞机壁板上敷贴不同面密度的约束阻尼层后，其隔声量均呈整体上升趋势。三种面密度的约束阻尼层在200～2000Hz的隔声量平均高出“基本型”3～4.5dB。需注意的是，在200～315Hz频段内，由于高面密度约束阻尼层的质量优势，其隔声量高于其余两种阻尼层2～3dB，但在1250Hz～2000Hz频段的隔声量则明显低于其余两种较低面密度的约束阻尼层。

由于飞机性能对重量十分敏感，在飞机设计等领域使用约束阻尼层进行降噪处理时，必须考虑重量的代价。考虑重量因素后，综合比较约束阻尼层的降噪效果，见表3。

由图3可见，高面密度约束阻尼层的“隔音能力”（即性量比）最低。若要降低630Hz以上的中频噪声，低面密度约束阻尼层是最佳选择。在重量因素不重要的领域，若要降低630Hz以下的低频噪声，要达到最好的降噪效果，可以选择高面密度约束阻尼层。但若要平衡重量代价与降噪效果，可以选择中面密度约束阻尼层。

3 小结

本文通过飞机壁板隔声试验来检验约束阻尼层降噪能力，以方便地评估约束阻尼层实际应用的效果及其付出的重量代价。可以得出以下结论：

1）对于1.37mm厚度的铝制蒙皮壁板，约束阻尼层在200～5000 Hz可以增加3～4.5dB的隔声量。并不是面密度越大的约束阻尼层降噪效果越好，630Hz以下的低频噪声，高面密度约束阻尼层的降噪效果最好，630Hz以上的中高频段，低面密度约束阻尼层的降噪效果最好。

2）考虑付出的重量代价后，高面密度约束阻尼层的“隔音能力”（即性量比）最低。对于630Hz以下的低频噪声，中面密度约束阻尼层的“隔音能力”（即性量比）最高，对于630Hz以上的中高频噪声，低面密度约束阻尼层的“隔音能力”（即性量比）最高。

【参考文献】

[1]杜华军，于百胜，郑钢铁，等.蜂窝锥壳卫星适配器约束阻尼层振动抑制分析[J].应用力学学报，2003，20（3）：5-9.

[2]乔志，褚夫强，渠鸿飞，等.敷设约束阻尼层舱室振动噪声特性的试验与仿真对比[J].材料开发与应用，2014，29（3）：14-20.

[3]杨青，王新，张伟，等.约束层阻尼结构降噪性能的测试分析[J].噪声与振动控制，2010，8（4）：150-152.

[4]Eric M. Austin. Various on modeling of constrained-layer damping treatments[J]. The Shock and Vibration Digest， 1999，31：275-280.

[5]EI. Raheb M， Wager P. Damped response of shell by a constrained viscoelastic layer[J]. ASME Journal of Applied Mechanics， 1994，53：902-908

[6]Rao M D. Recent applications of viscoelastic damping for noise control in automobiles and commercial airplane[J]. Journal of Vibration and Acoustics， 2002，124（4）：612-616.

[责任编辑：邓丽丽]