浅析消声器在航空发动机试车台上的应用作者：李钊来源：《科学与信息化》2019年第21期 摘 要 本文对现有消声器的类型及消声原理进行了介绍，对航空发动机试车台的噪声产生机理进行了分析，并针对不同频率的噪声特征进行消声器的选取，对航空发动机试车台的噪声治理具有一定的指导意义。 关键词 航空发动机；试车台；消声器；噪声治理
引言
由于航空发动机转速高、空气流量大、排气温度高等特点。试车时，旋转噪声、燃烧噪声、气动噪声、螺旋桨噪声等多种声源混合成从几十到几千赫兹的宽频带噪声。试车时产生噪声的声压级高达120～140dB（A），特别是大型发动机每秒60～120kg的进气流量，600～1000℃的排气温度，给试车间的消声降噪带来极大困难。因此有针对性地将消声技术应用在航空发动机试车台上显得非常重要。
1 消声器的类型
消声技术的应用主要体现在消声器的选择上。消声技术可以分为无源和有源两种，现有车台上使用的都是无源消声技术，有源消声是一项新技术，与其相关的研究成果还处在探索阶段，因此未在试车台上使用过。而无源消声又可分为阻性消声、抗性消声、阻抗复合式消声、小孔消声、穿孔板消声等。
阻性消声器是一种吸收型消声器，利用声波在多孔吸声材料中传播时，因为摩擦将声能转化为热能而散发掉，从而达到消声的目的。阻性消声对中高频有较好的消声效果。
抗性消声器与阻性消声器不同，它不使用吸声材料，依靠管道截面的突变或旁接共振腔等的方法，在声传播过程中引起阻抗的改变，产生声能的反射、干涉，从而降低由噪声向外辐射的声能，达到消声的目的。抗性消声对中低频的消声效果比较好。
阻抗复合型消声器是综合上述两种消声器的特点制成的，它结合两种消声的特点，有较宽的消声频率范围。
小孔消声器是一根末端封闭的直管，管壁上开有很多小孔，穿孔率一般取3%～30%。
穿孔板消声器一般是用厚度小于1mm的纯金属薄板制作，在薄板上用孔径小于1mm的钻头穿孔，穿孔率为1%～3%[1]。
2 消声器在试车台上的应用
2.1 进气道
①噪声类型及产生的机理。进气道的噪声主要是发动机运行过程中产生的噪声，辐射传播至进气道内，此外对于大流量发动机在进气过程中也会产生一些次生噪声。对于带螺旋桨试验的发动机，空气动力性噪声还包括旋转噪声和涡流噪声。②采取的消声措施。进气道墙面安装穿孔板消声器，进气导流板内装有吸声材料。此措施可以使消声达到一个比较宽的频带。对于一些进气噪声比较大的试车台，可以设置移动消声器，把消声器设置成屏风形式，同时也要使消声器对气体流场和压力的影响减至最小。
2.2 试车间
①噪声类型及产生的机理。试车间的噪声类型有试车设备、发动机产生的噪声及引射器产生的次生噪声。试车设备运行是由于震动会产生振动噪声；发动机的压气机和涡轮旋转时，
叶片对气流的作用会产生高频噪声；发动机喷口的气流速度很大，高速喷射的气流与引射进入引射器的空气混合产生次生噪声。试车间产生的噪声主要是中高频噪声。②采取的消声措施。试车间消声措施的着眼点是降低中高频噪声，防止试车间的噪声由进气塔扩散到外面去。室内消声装置大部分采用了穿孔板吸声结构，根据噪声的频率范围确定穿孔率、穿孔板的结构和吸声系数。在试车间墙面上安装穿孔板吸声层，腔内填充超细玻璃棉吸声材料，加宽吸声频带宽度，提高吸声系数。在试车间顶棚悬挂空间吸声体，空间吸声体也是一种穿孔板吸声结构， 腔内填充超细玻璃棉，它与顶棚之间有一定的距离。它的低频吸声性能较好，吸声频带也较宽。空间吸声体的有效吸声面积比投影面积大得多，能充分发挥吸声材料的吸声作用[2]。
2.3 排气塔
（1）噪声类型。排气塔内没有噪声源，主要是通过排气向外辐射的试车间噪声，排气噪声具有宽频带特征，且噪声的声功率级比较高。高频部分主要是压气机和涡轮的旋转噪声，低频部分主要是气流的喷射噪声。
（2）采取的消声措施。①开孔扩压器。流入排气塔的气流需要经过扩压器以达到扩压
降速的目的，同时开孔扩压器对排气噪声具有变频消声作用。②排气消声。现有排气塔有迷宫式排气塔、直流式排气塔和组合式排气塔三种。迷宫式在排气塔中设置障板，使气流曲折排出排气塔。在障板附加多孔吸声板，多孔吸声板由钢板和玻璃棉组成，采用的是复合消音器，最高使用温度在500℃以下。早期的排气塔多采用这种形式，但此形式排气塔存在施工困难及流阻大等缺点。直流式排气塔为一个直的排气筒，不在塔内设置障板迷宫消声室，采用砖墙承重混合结构的隔声室把排气消声筒封闭起来，基础与排气筒的基础分开。在塔内安装几层消声器，消声器多为扩张消声器。消声器是为金属结构，耐高温、耐腐蚀、耐气流冲击。直流式排气塔耐高温、流阻小、消声频带宽；但为了达到比较宽的消声范围，需要设置多种规格消声器。组合式排气塔为迷宫式和直流式的组合体，排气塔下部為直流式，上部为迷宫式的。采用扩张消声室后接迷宫消声室，让气流在通道中多次膨胀、转弯、降低流速、损失动能，降低噪声，减小二次噪声， 增加吸声材料的消声作用[3]。
3 结束语
航空发动机试车台噪声源主要为空气高速流动和机械设备振动。产生的噪声通过进气道和排气道向外辐射，且噪声频率范围宽。因此需要对试车台的各部分采取不同的消声器。阻
性消声器适用于降低中高频噪声，抗性消声器适用于降低中低频噪声，对于噪声频率范围比较宽的试车台部分采用复合式消声器，同时整个试车台需要采取隔声处理。为使消声达到一个理想的效果，需综合应用各种消声技术。
参考文献
[1] 黄晶晶，吴志真，雷勇.涡喷、涡扇发动机试车台噪声分析[J].电子测量技术，2006，6（29）：10-14.
[2] 《航空制造工程手册》总编委会主编.航空制造手册：发动机装配与试车[M].北京：航空工业出版社，1996：57.
[3] 马大猷.噪声与振动控制工程手册[M].北京：机械工业出版社， 2002：102.
作者简介
李钊（1971-），女，湖南长沙人；学历：本科，高级工程师，研究方向：工艺设计。
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