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飞机机体噪声预测方法概述宋文萍,张浩驰，韩忠华西北工业大学航空学院 翼型叶栅空气动力学国防科技重点实验室，陕西 西安 710072摘 要：飞机机体噪声是飞机设计和环境保护面临的重大问题之一,因其问题复杂,涉及的学科多,一直吸引众多研究者的注意。
本文对常规飞机机体噪声预测方法进行概述,介绍了飞机机体噪声的主要来源和实质以及现有的机体噪声预测方法，并对比讨论了各种方法的优缺点及应用前景。
关键词：声学 机体噪声 预估方法 综述Overview on prediction methods of airframe noise SONG Wen-Ping ZHANG Hao-Chi Han Zhong-HuaNational Key Laboratory of Aerodynamic Design and Research, Northwestern PolytechnicalUniversity,Xi’an 710072,ChinaAbstract： Airframe noise (AFN) is one of the most important problems in aircraft design and environment protection. The problem is so complex and involves many domains that lots of researchers are interested in. This paper gives a brief overview of the airframe noise including the main sources and mechanism of airframe noise, the airframe noise prediction methodology. The pros and cons of every current airframe noise prediction approaches are discussed.Key words： Acoustics Airframe Noise Prediction Methods Overview1引言目前国内外商用飞机正处在高速发展时期。
适航噪声限制的发展预测1．引言适航噪声水平不仅是影响大型客机能否取得适航证的关键因素之一，同时也是决定其市场竞争力的主要性能参数之一。
因此就需要对大型客机适航噪声限制发展趋势进行预测和把握。
由于商用飞机在运营过程中，其适航噪声问题不仅涉及到适航条例本身，而且涉及到飞机制造商、航空公司、机场以及机场周围的居民。
适航条例规定了飞机的最大噪声限制；飞机制造商采用相关技术，在保证生产的飞机满足适航噪声要求的同时，尽可能使飞机的适航噪声最小；航空公司则希望所购买飞机的噪声水平不会增加其运营成本；机场则不希望因飞机噪声问题而被投诉或引发民事诉讼，因此对航空公司的飞机提出更为苛刻的噪声要求；机场周围的居民则希望飞机噪声不影响其正常的休息和生活。
民航管理当局在制定适航噪声条例时，不仅需要考虑当前及未来一段时期内商用飞机适航噪声的总体水平，而且还需要从环保方面考虑人们对机场周围低噪声污染的需求。
只有这样才能制定出切实可行的适航条例。
鉴于此，在预测大型客机适航噪声限制的发展趋势时，需要从以下几个方面进行分析：1）国际民航组织适航噪声条例的发展历程；2）大型客机适航噪声总体水平的发展历程；3）人们对机场周围噪声环保要求的发展历程。
希望通过对上述分析，根据过去和现在的情况总结出未来五到十年间适航噪声限制的发展趋势。
2．适航条例中规定的第三、四阶段噪声限制在FAR36部和ICAO附件16第一卷条例中对各类民用运输机的飞机适航噪声第三阶段和四阶段噪声限制都做出了描述。
我们大型客机将采用两台发动机，因此，下面只对双发情况下第三阶段和四阶段噪声限制简要描述如下。
2.1第三阶段噪声限制（双发）1）对于横侧噪声测量点最大重量等于或大于400000公斤（882000磅）时为103EPNdB，并随质量减小的对数线性减小，直到最大重量等于或小于35000公斤（77200磅）时为94EPNdB。
2）对于飞越噪声测量点：最大重量等于或大于385000公斤（850000磅）时为101EPNdB，并随质量减小的对数线性减小，直到最大重量等于或小于48100公斤（106250磅）时为89EPNdB；3）对于进场噪声测量点：最大重量等于或大于280000公斤（617300磅）时为105EPNdB，并随质量减小的对数线性减小，直到最大重量等于或小于35000公斤（77200磅）时为98EPNdB。
AEDT飞机噪声预测流程AEDT（Aviation Environmental Design Tool）是美国联邦航空管理局（FAA）开发的一套用于预测飞机噪声和排放的工具。
它可以被广泛应用于飞机噪声评估和环境影响评估等领域。
AEDT的飞机噪声预测流程包括以下几个步骤：1.数据收集和准备在进行飞机噪声预测之前，需要收集并准备一系列与该预测相关的数据，包括飞机数据，机场数据，气象数据等。
飞机数据包括飞机类型、发动机类型、起降重量等；机场数据包括跑道配置、飛行程序等；气象数据包括温度、湿度、风速、大气压力等。
2.参数设置在AEDT中，需要设置一些参数来指导噪声预测的过程。
这些参数包括计算几何、噪声计算机模型、计算网格的尺寸、模型输入数据等。
这些参数的设置会根据具体的预测需求和研究目的进行调整。
3.飞行轨迹计算飞行轨迹计算是预测飞机噪声的关键步骤之一、根据飞机的起飞和降落程序、速度-高度配置以及所飞航线等，确定每个时刻飞机的位置和高度。
AEDT可以根据预先收集到的飞行程序和飞行参数计算出准确的飞行轨迹。
4.声源计算在AEDT中，使用声源模型来计算飞机发出的噪声。
声源模型将飞机发动机、机翼和其他部件划分为一系列小面元，根据这些面元的几何特性和气动参数计算出每个面元对噪声的贡献。
根据飞机的具体设计和参数，以及飞机在特定时刻的位置和高度，可以根据声源模型计算出噪声源的位置和强度。
5.传播计算传播计算是指根据声源的位置和强度，计算出噪声在空气中传播的过程。
在AEDT中，通常使用Ray Tracing（光线跟踪）技术来模拟声波在大气中的传播。
该技术将声波分解为一系列光线，并考虑大气介质对声波传播的影响。
通过计算声波在空气中的传播路径和传播损失，可以预测出到达地面各点的声级。
6.噪声映射噪声映射是指将预测得到的声级数据绘制在地图上，以形成噪声分布的空间图像。
AEDT可以在地图上显示不同位置的噪声水平，并计算噪声指标（如LAeq和Lmax）以评估噪声影响。
兰州中川机场航空噪声预测及控制研究作者：王一凡来源：《数字化用户》2013年第15期【摘要】本文以兰州中川机场飞机噪音进行研究和分析，并且以国际民航组织推荐的计权等效连续感觉噪声级Lwecpn作为机场噪声的评价指标，通过对兰州机场近几年的飞行数据指标进行合理有效的分析，准确预测机场及机场周边受航空器噪音污染的情况。
最后从控制航空器噪音的传播方向和传播范围、降低航空器噪音的主要来源、合理规划机场跑道、滑行道、候机楼的布局等三个方面提出了机场噪音污染抑制的措施与方法。
【关键词】航空器噪音预测噪音源噪音控制近年来，随着我国整体经济实力的增强和民航管理体制改革的深入，中国民航运输业已进入了快速发展时期，到了今天，老百姓出行选择空中交通已经是非常普遍的方式，民用机场作为民航运输的重要空中港口，在每一个城市中扮演着重要的角色。
航空业给当地带来了出行便捷和经济收益的同时，也带来了许多暗藏的的环境污染问题，其中迫在眉睫的当属航空噪声污染问题，国内的许多民用机场都存在不同程度的航空噪音污染。
随着中国民航事业的快速向前，临空产业化进程加速发展，机场用地与城市用地越来越近，加之各航空公司为提高效益、降低成本，多采用大机型执行国内航班，导致机场噪声污染所引起的矛盾、纠纷愈演愈烈。
因此，详细的对机场噪声进行预测，再根据机型、地形、地势、障碍物等等来研究分析怎么控制机场噪声的问题，就显得格外重要和紧迫。
一、中川机场概况兰州中川机场是甘肃省会城市4D级干线机场，跑道全长3600m，跑到南北走势，北高南低，机场现可全载起降A300、A310、A319、A320、A321、A330、A340、B737、B747、B757、B767、B777等客机（可减载起降B747），2011年，机场保障旅客3809023人次，居全国37位，货邮吞吐量32033.3吨，居全国38位，起降架次34510架次，居全国43位。
2012年，机场客运量达400万人次，货运量32033.3吨，起降架次34510架次。
1引言随着中国民航的高速发展，近年来民航机场规模不断扩大、飞机起降架次不断增多，与此同时机场飞机起降所带来的噪声问题也日益突出。
机场噪声问题是一个严重的社会问题，它不仅限制机场本身的发展，而且给机场周围人们的学习、工作和生活带来很大影响。
目前，国外有很多较为成熟的机场噪声预测模型，我国在这方面的研究才刚刚起步，其一般方法是以飞机的NPD曲线（噪声距离曲线）为核心，根据机场特定环境条件使用相应数学模型进行修正，使其符合特定机场环境条件下的机场噪声传播模型。
美国联邦航空管理局（FAA）开发的机场噪声预测模型INM（Integrated Noise Model）[1]是专门用于机场周围噪声计算和预测的噪声预测模型，该模型使用广泛且具有很高的精度。
但是利用INM进行噪声预测需要大量的精确数据作为输入，不仅预测成本高而且部分精确数据很难获取。
由美国国防部（DOD）支持开发的NMap机场噪声预测模型，主要用来预测军用机场周围噪声，内置大量军用飞机及少量民航飞机的相关信息数据一种BP神经网络机场噪声预测模型杜继涛1，张育平1，徐涛1，2，3DU Jitao1,ZHANG Yuping1,XU Tao1，2，31.南京航空航天大学计算机科学与技术学院，南京2100162.中国民航大学计算机科学与技术学院，天津3003003.中国民航信息技术科研基地，天津3003001.College of Computer Science and Technology,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing210016,China2.College of Computer Science and Technology,Civil Aviation University of China,Tianjin300300,Chinarmation Technology Research Base of Civil Aviation University of China,Tianjin300300,ChinaDU Jitao,ZHANG Yuping,XU Tao.Airport noise prediction model based on BP neural puter Engineering and Applications,2013,49（9）：236-239.Abstract：Airport noise prediction plays an important role in airport noise controlling,flight planning and airport designing.The airport noise prediction models are usually built based on aircraft noise distance curve（NPD）,and the NPD curves are little by little revised to the noise propagation model under the specific airport environmental conditions by using a variety of mathematical models.In this way,there are shortcomings of the high cost and great prediction error.This paper presents an airport noise pre-diction model for particular airport environmental conditions.The proposed model applies BP neural network and history data of the airport noise monitoring to modifying the NPD curves.Experiment results show that in particular specific airport environ-mental conditions,the accuracy rate of noise prediction is more than91.5%in the case of±0.5dB error.The proposed model has the features of lower cost and high accuracy.Key words：Back Propagation（BP）neural network;airport noise;prediction model;Noise-Power-Distance（NPD）摘要：机场噪声预测对机场噪声控制、航班计划制定和机场规划设计具有十分重要的作用。
机场噪声计算
机场噪声的计算涉及许多因素，包括飞机类型、航线、发动机类型、飞机起降模式、跑道布局、气象条件等。
一般来说，机场噪声的计算可以通过以下方式进行：1. 使用噪声模型和软件：
1.噪声模型：常用的噪声模型包括"Integrated Noise Model (INM)"和
"Aircraft Noise Contour (ANC)"等。
这些模型考虑了飞机在起飞、降落和滑行过程中产生的噪声，计算噪声的传播路径和影响范围。
2.数据输入：需要输入飞机的参数（如型号、发动机类型、起降模式）、气
象条件、航线信息以及机场的地理和运行特点等数据。
3.计算输出：噪声模型会输出噪声等级和预测的噪声影响范围图，显示在
机场周围不同区域的预期噪声水平。
2. 测量和实地监测：
1.噪声监测：在机场周围的不同位置设置噪声监测设备，记录实际飞机起
降产生的噪声水平。
2.分析和评估：收集实地监测的数据，进行噪声水平分析和评估，以了解
实际噪声对周围环境的影响。
3. 飞机运营和规划：
1.飞机运营限制：根据噪声模型和监测数据，制定飞机运营的限制和规范，
例如限制特定时段内的飞机起降次数或选择使用特定类型的飞机。
2.规划改进措施：根据噪声计算结果，机场可以采取一些改进措施，如改
变起降程序、更新飞机类型、优化跑道设计或推行隔离带等，以减少噪声影响。
机场噪声计算是复杂的工作，需要考虑多种因素和数据来源，并结合实地测量进行评估。
这些计算和评估对于确保机场运营安全和减少噪声污染是非常重要的。
机场飞机噪声预测
1.1.1 机场噪声预测方法
1.1.1.1 方法概述
1.1.1.2 模型调整方法
1.1.2 WECPN的预测计算
1.1.
2.1 计算斜距
1.1.
2.2 查出EPNL
1.1.
2.3 EPNL修正
1.1.
2.4 计算平均EPNL
1.1.
2.5 计算出WECPN
1.1.3 所需收集的资料
1.1.1机场噪声预测方法
1.1.1.1 方法概述
对新建机场，可直接使用模式计算出各网格点在预测年份的WECPN（根据该年份的飞机类型、班次）。
从而画出等声级线图，计算影响范围、程度和人口数量。
对改扩建机场，须进行现状评价。
首先直接使用模式计算出各网格点的WECPN（根据现行的飞机类型和班次），作出等声级线图，在70dB等值线范围内，选出8-10个现状监测点（按跑道两侧、两端，以及远近、关心点、便于蹲点监测等原则），在这些监测点对现有每一种机型的起、降状态分别进行三次以上监测（计算出其EPNL）。
同时也按数学模型计算这些监测点同一机型的起降EPNL，与监测值对比后，调整计算模型。
以调整后的预测模型按当前飞机类型、班次计算所有网格点的WECPN，作为当前飞机噪声的影响分布；以调整后的模型计算任一年份各网格点的WECPN（根据该年份的飞机类型、班次），作为该年份的预测值。
1.1.1.2 模型调整方法
设想模型预测函数为F(x,y,z,Type,Station)，函数值是测点位置和机型Type与起降状态Station的变化结果，但对某一机型的某一种起降状态，则只与测点位置有关，模型函数为f(x,y,z)。
对某一机型的某一种飞行状态,设想各监测点的计算值与监测值有以下关系：L实测=K L监测+m
代入各监测点的监测值和计算值，用最小二乘法算出该种机型的某种飞行状态下的调整参数K、m。
用调整后模型对每一个网格点进行计算时，对每一种机型的每一种起降状态用相应的K、m调整。
当然，如果某一网格点位置较为特殊（如处于声影区）则须进行适当处理。
在预测时，如果出现新的飞机机型，则可直接计算，不进行调整。
1.1.2 WECPN 的预测计算
按导则HJ/T2.4-1995附录B3计算，但加入了对EPNL 数据的修正。
机场飞机噪声在某一预测点的WECPN 根据下列步骤进行计算：
1.1.
2.1 计算斜距
以飞机起飞或降落点为原点、跑道中心线为x 轴（并以出港方向为X 的正方向）、垂直地面为z 轴、垂直于跑道中心线为y 轴建立坐标系。
设预测点的坐标为（X ，Y ，Z ），飞机起飞、爬升、降落时与地面所成角度为θ，则飞机与预测点之间的斜距为：
22)cos tan (θθx y R +=
如果可以查得离起飞或降落点不同位置飞机距地面的高度H ，斜距为：
22)cos (θH y R +=
对x<0的点，斜距为该点离起飞点或着落点的直线距离。
1.1.
2.2 查出EPNL
根据飞机机型、起飞或降落、斜距可以查出飞机飞过预测点时在预测点产生的有效感觉噪声级EPNL 。
查出一天当中所有飞行事件的EPNL 。
国际民航组织ICAO 整理了“有关飞机噪声的国际标准及建议方式”，作为ICAO 第16号附件供各国实施。
下表为不同重量亚声速喷气机的允许噪声标准。
据实测结果，B747-200、DC-10、L-1011等大型民航机噪声均低于此标准。
注：总重量在34与272吨之间的噪声可用线性内插求得。
规定，侧向测量点是在航线下，平行于跑道轴线，距跑道轴线650m 的线上噪声最强处，起飞测量点在跑道轴线沿飞行方向延长线上距滑行开始点前6500m 处，着陆测量点在跑道轴线延长线上跑道着陆点后2000m 处。
1.1.
2.3 E PNL 修正
厂家提供的数据，与机型、飞行状况（起飞或降落）、斜距有关，还与飞机实际飞行时的推力、速度、空气温湿度有关，同时由于飞机噪声具一定的方向性，预测点的方位也有影响。
因此如果飞行时的推力、速度、空气温湿度与提供数据时的条件不同，就要求进行推力
修正、速度修正、温湿度修正，如果预测点位于跑道侧向，还要进行侧向衰减修正。
由于飞机飞行时并不能完全按规定的航迹飞行，因此必要时还要考虑水平发散。
(1)推力修正：一般情况下，飞机的噪声级和推力成线性关系，若能得知飞机在推力为F 1、F 2时在某点的噪声级为L 1、L 2，则当飞机推力为F 时在同一点的噪声级应为：
L=L 1+（L 2-L 1）*（F-F 1）/（F 2-F 1）
(2)速度修正：厂家提供的EPNL 是以参考速度V r （一般为160节，约合295km/h ）为基础的，如果实际速度为V ，则应用下式进行修正：ΔL=10lg(V r /V)
(3)空气温湿度修正：厂家提供的数据一般以15℃和70%相对湿度为基础，若实际条件差别很大，可进行修正：ΔL=L(t,rh)-L(15,70)。
主要由空气吸声引起。
(4)侧向衰减修正：
当飞机位于地面上时，
⎩⎨⎧≥=∆<<-=∆-m L L m L e L L 914...........................
86.139140),1(09.1500274.0 当飞机位于空中时，
⎪⎩
⎪⎨⎧+--=∆≤+-=∆>---ββ
ββ13.000274.013.09.966.096.3](86.13)1(09.15[,9149.966.096.3914m,e e L m L e L L L 如果如果 以上式子中，β=arc cos (L/R );R 为预测点到飞行航线的垂直距离，m ；L 为预测点到飞行航线地面投影的垂直距离,m 。
(5)水平发散的计算：
飞机飞行时，不能完全按照航迹飞行，会沿着航迹两侧产生一定的偏差。
如按高斯分布来统计飞机的空间分布，沿着航迹两侧不同发散距离的飞行概率可见下表：
式中，y m 为航迹的Y 坐标（航迹应与X 轴平行）；S(y)发散距离的标准偏差，是X 的函数，可按下式计算：
①航线转弯角度小于45°时，
S(y)=0.055x-0.15 (km), 5km<x<30km
S(y)=1.5 (km), x>30km
②航线转弯角度大于45°时，
S(y)=0.128x-0.42 (km), 5km<x<15km
S(y)=1.5 (km), x>15km
式中，x 为从起飞点或着落点（即坐标原点）算起的距离。
当x=0时，S(y)=0。
在0<x<5km 路段，S(y)用线性内插决定。
对于降落飞行，当x<6km 时，可忽略发散，即S(y)=0。
1.1.
2.4 计算平均EPNL
⎥⎦
⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=∑=N i LEPN i N N N EPNL 11.032110
1lg 10 式中：N 1、N 2、N 3，分别为白天（07：00~19：00）、晚上（19：00~22：00）和夜间（22：00~07：00）通过该点的飞行次数：
N=N 1+N 2+N 3
1.1.
2.5 计算出WECPN
计权等效连续感觉噪声级用下式计算：
40)103lg(10321-+++=N N N EPNL W ECPN
1.1.3 所需收集的资料
1. 预测年使用的机型种类及各机型的组合比例；
2. 机场年日平均和最大周日平均的飞行架次；
3. 不同跑道及不同机型的起降架次比例；
4. 白天、傍晚、夜间各时间段的飞行架次比例；
5. 不同种类飞机起飞、降落、转弯的航道，飞行剖面，离地、着陆位置；
6. 机场的平均气象资料（温度、湿度、风速和风向）；
7. 机场跑道位置及标有机场跑道位置的1：50000地图（包括航道下15公里范围）；
8. 国际民航组织或其它有关组织，或飞机生产厂家提供的各类型飞机的噪声特性。
