现代大型飞机起落架气动噪声研究进展刘沛清;邢宇;李玲;郭昊【摘要】起落架部件是现代大型飞机在起飞、着陆阶段时最主要的一类机体气动噪声源.本文主要概括了国内外利用风洞试验、飞行试验和数值模拟等手段在大型飞机起落架气动噪声研究领域所取得的研究成果和最新进展,主要包括起落架噪声的产生机理、起落架降噪的主要方法、风洞试验需要遵循的相似律和工程预测起落架噪声方法的发展等.已有的研究表明,起落架宽频噪声主要包括分离噪声和上下游部件相互干扰噪声两类,而纯音噪声主要来自空腔结构的声激振现象.使用整流罩、等离子体激励等主、被动控制技术抑制钝体分离和流动干扰现象,这些方法能够显著降低起落架噪声.文末还对起落架噪声的未来研究进行了展望.%Landing gear is one of the most important aeroacoustic noise sources during modern large aircrafts takeoff and landing.This paper some research achievements and latest developments made through wind tunnel experiments, flyover experiments and numerical simulations in the aeroacoustic investigation field of landing gear in the last decades.This paper a brief overview of four aspects including the noise generation mechanisms,the noise reduction techniques,the similarity rule of wind tunnel aeroacoustic experiments and the prediction methods for landing nding gear broadband noise can be generally categorized into two parts is the flow separation induced noise and the other is the interaction noise between upstream and downstream components.Moreover,the resonant phenomenon appeared in some cavity configurations can also generate tonal noise.Some active and passive noise reduction methods such as fairing and plasma actuatorswhich can suppress the flow separation and interaction phenomena are used to reduce landing gear noise.Finally,prediction of further research on landing gear noise is presented.【期刊名称】《空气动力学学报》【年(卷),期】2017(035)006【总页数】9页(P751-759)【关键词】起落架;气动噪声;风洞试验;噪声机理;降噪技术【作者】刘沛清;邢宇;李玲;郭昊【作者单位】北京航空航天大学航空科学与工程学院,北京 100083;北京航空航天大学航空科学与工程学院,北京 100083;北京航空航天大学航空科学与工程学院,北京 100083;北京航空航天大学航空科学与工程学院,北京 100083【正文语种】中文【中图分类】V226;TB533+.3随着航空运输业的迅猛发展，在近地面起飞、降落阶段，大型客机产生的噪声问题日益受到人们的关注和重视。

国际民用航空组织(ICAO)对航空器噪声的适航标准越来越严格，对于飞越、横侧及近场三个测量点(分别位于与跑道中心线及其延长线相平行且距离跑道中心线450 m的边线上、跑道中心线的延长线上且距起飞滑跑起点6500 m处和跑道中心线的延长线上且距跑道入口2000 m处)测得的有效感知声压级(Effective Perceived Noise Level,EPNL)，其第四阶段的有效感知声压级噪声指标要比第三阶段还要低10 dB[1]。

美国NASA的未来航空器减噪目标要求在2020年和2050年，比目前第四阶段的适航标准有效感知声压级分别降低42 dB和71 dB[2]。

欧洲的ACARE计划也提出类似的要求，预计在2020年和2050年民机的噪声水平相比于2000年分别降低50%和65%。

中国民航部门也针对航空器噪声提出了相应的审定标准，并写入中国民航规章第 36 部(CCAR-36)[3-4]。

现代大型民用飞机的噪声水平已成为制约飞机取得适航证的关键因素之一[5]。

因此，国内外相关单位对飞机的主要噪声源、噪声产生机理和控制方法开展了大量的研究。

现代大型飞机的主要噪声源包括发动机噪声和机体噪声两大类。

早在1970年代，Gibson[6-7]、 Revell[8]等人通过飞行试验测量了滑翔机、运输机等不同种类的飞机飞过机场时产生的噪声大小和噪声源分布，并指出机体部件是一类可能的噪声源。

自20世纪80年代初以来，随着民用飞机大涵道比涡轮风扇发动机的广泛应用，发动机噪声已经显著下降。

尤其在飞机起飞、降落阶段，起落架放下且增升装置打开，发动机处于低功率状态，此时起落架、增升装置等机体部件产生的气动噪声已经与飞机发动机噪声处于相同的水平，甚至超过发动机噪声[9-13]。

因此机体噪声已经成为大型客机一类重要的噪声源。

无论是从航空适航条例还是从舒适性、环保等方面来看，开展机体噪声相关问题的研究并进行相应的减噪是十分必要的。

Dobrzynski[9]总结过去40年间国内外在飞机机体气动噪声领域的成果后指出，若按产生的噪声强度依次排列，现代大型飞机的机体噪声源包括起落架、前缘缝翼、后缘襟翼、襟翼侧缘、增升装置导轨，及扰流板和部件间的相互影响；但对于窄体飞机和支线飞机，增升装置噪声的强度几乎与起落架噪声相当。

因此起落架噪声被认为是现代大型飞机最重要的一类机体噪声。

本文主要综述起落架相关的气动噪声问题的研究进展。

航空部件气动噪声的研究方法主要有风洞试验、飞行试验、数值模拟和理论分析等多种方法。

综合考虑研究成本、时间、结果精度等因素，过去几十年对起落架进行气动声学研究最常用的方法还是风洞试验。

起落架噪声主要为宽频噪声，其产生机理包括两大类：一类是钝体分离噪声，即气流流过起落架钝体部件发生流动分离、再附着等流动现象而辐射的噪声；另一类是干扰噪声，即上游部件的非定常湍流尾迹作用于下游部件而产生的噪声[1,4]。

但是主要噪声源位置和远场噪声特性与起落架构型密切相关。

20世纪70年代末，Heller和Dobrzynski[14]对一个简化的两轮小车式起落架进行了远场噪声大小和指向性的测量，并分析了各个起落架部件对总噪声的贡献。

结果表明起落架过顶方向的噪声主要产生于起落架轮胎，而侧边方向的噪声则主要来自于支撑杆部件。

Dobrzynski等人[15]在DNW-LLF风洞中对全尺寸A320和A340的前起落架和主起落架进行了试验研究，发现起落架辐射的总声压级与起落架的支柱尺寸、轮胎直径和支柱数目等参数密切相关，会随着支柱尺寸和数目的增加而增大。

Guo等人[16]在LSAF气动声学风洞中对全尺寸B737飞机的主起落架辐射的噪声进行了测量，发现起落架低频、中频和高频的噪声源分别为起落架轮胎、主支柱和细小部件。

Yokokawa等人[17]在日本RTRI风洞对40%缩放的两轮主起落架模型进行了远场噪声测量，发现两轮中间的连接轴区域是最主要的噪声源。

Lazos [18]测量了四轮起落架的时均流场，并指出前后两轮之间存在一个非定常的旋涡，这被认为是四轮起落架主要的噪声源。

除了两轮和四轮起落架外，人们对现代大型宽体客机中更常见的六轮小车式主起落架构型也进行了深入的研究。

Stoker[19-20]、Horne[21-22]、Ravetta[23]、Ringshia[24]等人分别对Boeing777六轮小车式主起落架的缩比模型进行了试验研究，Jaeger[25]、Oelemans[26]、Humphreys[27]等人分别对其它六轮小车式起落架进行了试验研究，从他们的试验结果中，能够总结出一些非常重要的起落架噪声特点，一是起落架轮胎的数量不仅会改变低频噪声的大小，也会影响高频噪声的大小，另一个就是真实起落架上存在的小尺寸细小零部件，会产生额外的高频噪声。

此外，起落架的安装效应会导致真实起落架与风洞试验中起落架产生的噪声存在差异。

除试验研究外，CFD和FW-H方程相结合的混合方法、CAA计算气动声学等数值计算方法逐渐成为研究起落架等飞机部件气动噪声的另一类主要方法。

Xiao等人[28]用DDES方法模拟了四轮起落架的流场，结果显示从起落架前轮会脱落出很强的旋涡，周期性地撞击后轮，同时旋涡也会与前轮的后侧有周期性地相互作用，这些流动现象可以产生很强的辐射噪声。

Drage[29]等人对简化的B747前起落架进行了数值模拟，并将得到的结果运用FW-H方程进行远场噪声的计算，他们发现对起落架的几何形状进行很小的改动，可能会导致辐射的噪声场有很大的差别。

Souliez等人[30]采用 CFD和FW-H方程相结合的混合方法计算稍复杂四轮起落架的远场噪声，但是他在FW-H方程积分面的选择上与别人有很大不同，他不仅研究了固体表面积分的情况，同时也研究了包围起落架模型的空间虚拟表面积分的情况。

结果表明采用两种不同的积分面计算得到的远场噪声存在一定的差异，他认为这是由于通常的固体壁面的积分形式不能包含空间中存在的四极子声源。

他们的计算结果还发现主支撑杆的噪声在起落架前方和后方的观测点传播的声压级更大。

Li等人[31]对同一个起落架模型进行了噪声模拟，指出从上游支撑杆上脱落下来的旋涡会与下游支杆相互作用，产生额外的噪声。

Liu等人[32]使用高阶有限差分算法对一个简化起落架模型(LAGOON模型)进行了远场噪声计算，结果表明轮胎是最主要的噪声源之一，两轮之间的连接杆在起落架正下方产生了更强烈的噪声。

国内也对起落架噪声问题开展了相应的研究。

西北工业大学的宋文萍等人[33]总结了飞机机体气动噪声相关计算方法。