浅析消声器在航空发动机试车台上的应用

阳为民 申宇翔 黄炯

摘要：当前航天事业的不断发展，其中做好对航空发动机试车台的噪音控制工作成为一项关键环节，加强对试车台的噪音环境进行分析和评估是日常工作内容。航空发动机因其具有转速快、排气温度过高的特征，在试车时会造成噪音，甚至是形成宽频带噪音，对周边环境带来了不利的影响。简单阐述消声器的主要类型以及之间的差异，分析当前消声器的应用现状，针对不同的频率选择合适的消声器，为后期航空发动机试车台的噪声治理提供一些借鉴意义。

关键词：消声器;航空发动机;试车台;具体应用

引言：

在航空发动机的研制过程中台架试车是必不可少的试验环节，部门单位必须要重视对发动机研制的整个过程的控制与管理，尤其是对噪音的有效控制，规范建设试车台，并制定完善的细则标准，进一步加强我国的航空发动机的试车台管控。

一、消声器的主要类型及具体差异

不同的消声器需要应用不同的消声技术，这样才能够最大程度上发挥其功效和优越性。根据目前现有的消声技术主要有两大类，一种是无源消声技术，另一类则是有源消声技术。由于无源消声技术是较为传统的技术手段，因此相比于传统无源消声技术，有源消声技术是相对创新的技术手段，对它的研究也一直处于摸索阶段，且基本从未在试车台上应用过。无源消音技术，按照一定的规律还可分成抗性、阻性、电阻复合、小洞和穿孔板消声等类型。例如，阻性消音就是利用声音在多孔吸声材料中传播时，由于产生的摩擦能够使声能转化为能量传播，它以此方式来达到降低噪音的目的，这同时也是一种吸收型的消声单元;而抗性消声则与电磁阻消声完全相反，其并没有使用吸音材料，而只是使用在管道截面突变处或者旁接共振腔的方式，改变了噪声传导中的阻力，进而实现消音的目标，特别是针对中低频的噪声则有着良好的疗效;而阻抗复合声也是根据阻性消音与抗性消声的特性消音频率范围较广;小孔消声是利用在管壁上开小孔的直管来进行消声;穿孔板消声是使用厚度小于1毫米的金属薄板，并且在薄板上打出小于1毫米的孔来提升消声的效果。具体要根据不同的情况选择不同的消声手段，最大化地达到消除航空发动机噪声的效果[1]。

二、当前消声器在航空发动机试车台的应用现状

相较于普通的噪声，航空发动机的噪声不仅声级高、强度大，而且也具有一定的危害性，在实际的消声工作过程中具有非常的难度。目前我国对于航空发动机的噪声处理工作愈加关注，未来研制出来的新发动机的各项基本性能也在逐渐加强，但同时噪声处理的难度也在增加，后期的检修维护处理成本占比也较大，各项资源也得不到合理科学地利用，因此在设计的初期就需要对发动机试车台噪声台的合理性进行合理评估和分析，设计出具有可行性的降噪方案。我国航空试车台数量相对较多，但是对于试车台试行的降噪试验相关的效果报告很少。降噪工作要充分把握两个方面，一是对于噪声生源特征的科学掌握，二是对于不同噪声生成类型采取针对性的方法手段来进行有效降噪，对试车台的环境噪声数据和降低噪声的设备进行试行测量，尤其是在降噪的相关设计方面，善于运用试车台的进气消声器和排气消声器等来减低对外界的应下个，在日常工作中能够准确反映出目前噪声的来源强度以及相应的频谱特性，及时总结现有的降噪技术经验，这些都是具有较强的技术价值[2]。

三、消声器在航空发动机试车台中的具体应用

（一）进气道的噪声形成及对策

进气道内产生的噪音，主要是在发动机运行过程中产生的，但随后又将辐射气体引入了进气道。如果是气流量很大的发电机，还会存在次生噪声，另外螺旋桨式的发电机也会产生螺旋和涡流等噪音，但还要复杂一点。为了对付这一类噪声，可以采用在进气道的墙壁上设置穿孔板消音单元，板内再设置消声材料，可以得到较宽的吸声频带，对噪音影响很大的试车台也可以尝试移动的消音单元，来提高消声效率。

（二）试车间的噪声形成及对策

测试车间的噪音种类大致有三种，试车装置产生的噪音、发电机产生的噪声还有引射器的次生噪声，而测试厂房所产生的噪声频率也大多为中高频。其所采取的最主要办法也是着眼于中高频噪声而来的，为了尽可能地避免噪声通过气塔憋漏出去，主要都是使用穿孔板来进行消音的，另外需要按照具体的噪声频段来选择穿孔率和穿孔结构。测试间在安装穿孔板时，钢板内必须填满玻璃棉的吸音材料，扩大吸音的信号频带范围，以便提高吸音功效。或者在测试厂房的上部挂置吸音体，这个吸音体也是穿孔钢板吸音结构的一部分，同样在体内填充超细的玻璃棉，此类构造不仅吸声效果好，吸声频带也相对较宽，能够更好地起到消除噪声的作用[3]。

（三）排气塔的噪声形成及对策

排气塔实际并不会产生噪声，而是经由排气塔向外辐射试车间的噪声，这类噪声的声频功率都比较高，高频的有涡轮和压气机带来的噪声，低频的时气流的噪声。针对排气塔的噪声有两种解决方式，一种是借助开孔扩压器来对排气塔噪声进行消除，排气塔的气流通过扩压器时能够扩压降速;另一种是利用排气塔消声。排气塔消声又有三种方式，分别是迷宫式、直流型的组合式排水塔。迷宫型是通过多孔的吸声障板，曲折地把气体排出。直流型则是直接用直的排气筒，然后通过砖墙等承重结构混合架构来将噪声进行封闭。组合式则是将迷宫型排气塔与直流型排气塔相结合，在上部的扩张消声室下连接迷宫消声室，使管路中的废气在管路中进行了多次的损耗中来达到降低噪声效果。当发动机在达到了最大状态时，排气塔周围的噪声也在一定程度上存在了不稳定性，发动机在达到了最大状态时，排气塔附近的噪声也在一定程度上存在着不稳定性，尤其是隔声门周围的噪声往往要比别的地方还要大，所以工程设计人员要注意时隔声门的材质选用以及具体的降噪设计手段，在设计处理上也要注意排气塔的塔体构造和各个墙体接缝之间的细节处理[4]。

四、结束语

航空发动机试车台的噪声来源，主要时是因为压缩空气处于高速流动状态以及空气与机械碰撞振动所造成的。而后产生的噪声再通过进气和排出道向外界发散，而且由于噪声的传播频谱范围相对较广，所以必须具体地针对试车台上的各个主要组成部分来选用合适的消声器，并且还必須对整个试车台上进行隔音处理，并利用多样化的手段，保证达到消音的效果。

参考文献：

[1]杨明绥，刘凯，贾平芳，王萌，闫海蛟，冯敏. 航空发动机试车台噪声环境测试研究[J]. 燃气涡轮试验与研究，2017，30（01）：18-24.

[2]杨明阳，佟刚，王文竹. 双模式消声器性能优化设计方法的研究[J]. 机械工程与自动化，2019（05）：41-43+46.

[3]牛延云，李廷福，沈丙炎. 内插管扩张室消声器在航空发动机试车台上的应用[J]. 航空发动机，2001，000（001）：43-44，52.

[4]李钊. 浅析消声器在航空发动机试车台上的应用[J]. 科学与信息化，2019（21）：1.