实验室测试显示出降低商业和军用航空喷气机噪音的前景。
辛辛那提大学和海军研究实验室的航空航天工程师为 F-18 战斗机提出了一种新的喷嘴设计，他们希望能够在不影响性能的情况下抑制发动机震耳欲聋的轰鸣声。
俄亥俄州杰出学者、杰出教授 Ephraim Gutmark 和他在加州大学工程与应用科学学院的学生在他的气动声学实验室中设计并测试了 1/28 比例喷气发动机上的新型喷嘴。
喷嘴的内部具有三角形翅片，如成排的鲨鱼牙齿，在加州大学实验室测试中显着降低了喷气发动机的噪音。 该项目是加州大学、美国海军研究实验室和帕图森特河海军航空站之间的合作项目。 今年秋天，NAVAIR 将在美国海军陆战队和海军使用的战术战斗机 F-18 超级大黄蜂上测试 UC 设计和性能。
激光照亮 F-18 超级大黄蜂上使用的比例模型喷气发动机的羽流。 加州大学开发了一种新型发动机喷嘴，可以在不影响性能的情况下消除喷气发动机的噪音。 图片来源：Andrew Higley/UC Creative + Brand
“它们是简单的附件，可以改变发动机的气流行为，对其性能影响最小，”古特马克说。
加州大学的实验室测试表明，新喷嘴可以将发动机噪音降低 5 至 8 分贝。 这可能看起来并不多。 但与尺子等线性刻度不同，分贝是用对数刻度测量的，其中 20 分贝是噪音的十倍。
“这非常重要，”古特马克说。 “通常情况下，发动机公司甚至会很高兴获得半分贝的改善，因为分贝代表对数尺度。”
加州大学工程与应用科学学院博士生 Mohammad Saleem 拿着加州大学 Ephraim Gutmark 教授实验室设计的新型喷气发动机喷嘴之一。 美国海军将于今年秋天在 F-18 超级大黄蜂上测试 UC 的设计。 图片来源：Andrew Higley/UC Creative + Brand
加州大学的初步实验室结果有望降低商业和军用航空中的喷气式飞机噪音。 加州大学和海军申请了联合专利。
古特马克说：“如果该设计适用于该发动机，则只需进行很小的修改即可应用于任何其他发动机。”
该项目由美国国防部环境研究计划的战略环境研究与发展计划资助。
根据美国退伍军人事务部的数据，听力损失和耳鸣是军人伤残索赔的主要原因，影响了超过 2.6 万退伍军人。 VA 每年在听力损失案件上花费超过 1 亿美元，约占每年向 VA 提交的新残疾索赔的 15%。
加州大学的研究有望减少喷气式飞机噪音对商业和军用航空的健康和安全影响。 图中，罗纳德·里根号航空母舰上的机组人员在帮助发射和降落 F/A-18 超级大黄蜂时戴着护耳装置。 图片来源：格雷·吉布森/美国海军
喷气机噪音尤其对军用和商用航空造成严重的健康风险。 据海军研究咨询委员会称，飞行甲板上的海军人员暴露在超过 150 分贝的噪音中。
“在航空母舰上，在飞行甲板上与飞行员一起工作的机组人员需要在飞机起飞时非常靠近飞机。 由于航母上的跑道很短，他们必须使用加力燃烧器来操作发动机，因此噪音非常大，”古特马克说。
古特马克说，喷气式飞机的噪音和振动甚至会影响飞机本身，这种现象称为声载荷。
古特马克补充道：“通过抑制噪音，不仅可以帮助机组人员，还可以延长飞机本身的使用寿命。”
“知道你正在战斗机上工作真是令人兴奋。 有一个很酷的因素。”
- Mohammad Saleem，加州大学航空航天工程系学生
加州大学与海军研究实验室和 NAVAIR 合作开展该项目已有两年。 海军提供计算分析和飞机信息来补充 UC 的设计和实验工作。
古特马克的多元化研究包括发动机燃烧和推进技术、声学甚至生物医学研究。 他在美国海军攻击机战术教练计划中向飞行员教授航空航天工程原理，这所学校是电影《壮志凌云》的灵感来源。
“教他们很令人兴奋，因为他们真的很感兴趣，”古特马克说。 “他们真的想更多地了解飞机做这做那时会发生什么。 从了解飞机在飞行时实际上在做什么的人那里获得反馈是一个特殊的机会。”
加州大学博士生 Mohammad Saleem 和 Aatresh Karnam 在加州大学气动声学实验室研究 F-18 超级大黄蜂喷气发动机的比例模型。 图片来源：Andrew Higley/UC Creative + Brand
古特马克实验室的学生在罗德厅的地下实验室使用喷气发动机时佩戴工业级护耳器。 发动机安装在消声室内的地面上，该房间旨在完全吸收声波的反射。 学生可以在室外远程打开喷气发动机，并使用一套传感器来测量和分析排气羽流的噪音。
“在我们的实验室中，我们有四种不同的测量技术，包括通过声学和光学测量以及激光设备进行信号处理，”加州大学博士生 Aatresh Karnam 说。 “与任何工程领域一样，您必须采用多种技术来了解要捕获哪些数据、如何处理数据以及如何解释数据。 这是一个艰巨的挑战。”
室内喷射器周围有一系列灵敏的麦克风。 也许并不奇怪，根据与喷射羽流的相对位置，噪音听起来会有所不同。
古特马克教授说：“噪声的每一个成分都在向不同的方向传播。” “麦克风以弧形分布在喷射器周围，因此我们可以检测到下游、上游或侧面的噪音。”
加州大学航空航天工程专业的学生使用激光器和其他设备观察和测量 F-18 超级大黄蜂使用的比例模型喷气发动机的噪音和排气羽流。 图片来源：Andrew Higley/UC Creative + Brand
加州大学工程师在冷喷射和热喷射上测试他们新颖的喷嘴设计，废气燃烧温度高达 1,100 度 飞轮海。 这架喷气式飞机是 F-18 F404 发动机的比例模型，由总部位于辛辛那提的通用电气航空公司制造。
“实际喷气式飞机尾气的加力燃烧室会变得更热，”卡南说。
加州大学博士生穆罕默德·萨利姆 (Mohammad Saleem) 表示，如今的飞机比 20 年前更安静。 商业和军用航空在降低噪音方面都具有强烈的公共和经济利益。 他说，即使是渐进式的改进也会产生深远的影响。
萨利姆说：“这些降噪技术对空军基地周围的社区和航空母舰上的工作人员非常有益。”
加州大学博士生穆罕默德·萨利姆 (Mohammad Saleem) 举着他在加州大学教授埃弗莱姆·古特马克 (Ephraim Gutmark) 实验室帮助设计的几个定制喷气发动机喷嘴。 图片来源：Andrew Higley/UC Creative + Brand
萨利姆说，他一直对航空航天工程感兴趣。 但他喜欢喷气发动机噪音这样复杂的项目所带来的挑战。
“我选择加州大学是因为它是一所推进系统领域实力雄厚的学校，”他说。
但他承认，当他谈到与 F-18 超级大黄蜂的合作时，他的朋友和家人都印象深刻。
“知道你正在战斗机上工作真是令人兴奋。 有一个很酷的因素，”萨利姆说。
“工程学就是解决问题。 令人高兴的是想出一个有效的系统。 我觉得这样就很满足了。”
