音爆——环境友好？
制作者 Noel Brown（项目经理，丹麦人）
13 Jan 2010
飞机制造商再次尝试陆上超音速飞行，但超音速飞机如何才能做到满足环境友好要求呢？
|
航天 | 科技
|
|
|
JAXA和Brüel & Kjær携手测量音爆
 |
| 放大图片 | Condensation within the expansion zone behind the shock wave as an F/A-18 Hornet passes supersonically through a localized region of high humidity, or nearly saturated, air.
[U.S. Navy photo by John Gay]
|
|
Brüel & Kjær 和 JAXA 共同参与了一个测量音爆的研究项目，该项目同时采用 JAXA 的 ABBA 音爆系统，以及 Brüel & Kjær 基于 LAN － XI 的数据采集和分析系统，用以研究音爆对于建筑物的影响。
自从协和客机在上世纪70年代首次突破音障以后，陆上超音速飞行一直是被禁止的，因为音爆产生的冲击波不仅会粉碎玻璃，还会给公众带来相当大的噪声伤害。如今，飞机制造商想再次尝试陆上超音速飞行，但超音速飞机如何才能做到满足环保要求呢？
飞机若要在陆上以超音速飞行，那它必定不能对人们的日常生活产生明显影响，为了量化这个影响，我们必须搞清以下问题：
基于此，JAXA和Brüel & Kjær决定联合开展音爆测量系统研究。JAXA急切的想了解这些现象，以便更进一步的认识音爆及其对环境的影响。JAXA在音爆研究方面具有丰富的知识和经验，而Brüel & Kjær在噪声与振动测量方面拥有极为专业的设备和技术，两者完美的结合将极大推动对音爆特性的认识。最近在瑞典进行的测量主要想搞清楚在室内环境下音爆的影响。虽然来自音爆的直达声可能会被建筑物削弱，但是建筑墙面和窗户可能会产生振动，并发出类似哒哒的噪声。“和其它类型的噪声相比，音爆的影响会更大些吗？”
ABBA在瑞典
| “在这种类型的应用中，Brüel & Kjær在噪声与振动方面的专业技术和JAXA的实践经验形成了很好的互补” |
JAXA(日本航空航天探险代办处)正在寻找能有效降低音爆危害的技术。首先，JAXA在瑞典北部的一个偏远测试场实验了他们的全尺度音爆测试系统。在测试过程中，JAXA 同时还采用了Brüel & Kjær基于LAN－XI的PULSE系统，并将Brüel & Kjær系统同他们自己的飞艇机载音爆采集系统(ABBA)进行了比对。
在JAXA的超音速静音技术演示(S3TD)飞行测试中将会用到ABBA系统。
测量方案
为了测量建筑物内外的音爆以及建筑墙体和窗户的振动，制定了详细的测试计划。
设备清单：
- 3050型LAN-XI系统
- 4个4139型1/2英寸压力场传声器－房子的里面和外面都有
- 2个4948型表面传声器
- 4个4508型ICP加速度计
- IRIG－B发生器
JAXA还利用一个充气飞艇，在其上悬挂一些测量传声器和一个数据记录仪，在离地面1000米的高度测量音爆。
 |
| 在飞艇前面的项目组成员——来自JAXA的Shigemi Shindo, Yoshikazu Makino, Yusuke Naka 和Keiichi Okai，来自名古屋大学的Katsuya Shimizu，来自Brüel & Kjær的Rémi Gustavinio 和Flemming Schultz Larsen，Anders Jønson是项目负责人。 | 放大图片 |
|
测试设置
飞机飞行非常的昂贵且需要不断加装燃料，所以对于像这样的现场测试，如果想要抓住工作时间窗口，那么时间安排就显得非常关键。即使对于一个时间很短的测试来说，也需要做大量的前期准备，因此，简单而快速的设置很重要。天气状况也会使测试时间更加紧迫，一般情况下只有短短几个小时来准备整个系统。
LAN－XI系统使用简单且设置快速，因此能极好地应对这个挑战：
- TEDS——传感器电子数据表格
- 输入模块支持TEDS传感器。根据储存在传感器中的信息，如灵敏度、序列号、制造商和校准日期等，自动完成前端和分析仪的设置。
- Dyn-X
- Dyn-X能够提供单一量程范围超过160dB的输入模块。有了它，不再需要用一个输入衰减器用来调整分析系统输入与传感器输出想匹配。
- POE-以太网供电
- POE能够通过LAN电缆为每个模块供电，不再需要单独的电源线。这不但减少了电缆的数量、降低了成本、减少了停工时间，并且更易于维护，安装也更加灵活。
- PTP-精确对时协议
- PTP可以使系统部件中的所有时钟保持亚微秒级同步精度，因此LAN－XI模块既可以单独独立使用，也可以集成在一个机箱或一个分布系统中。模块可以放置在测量对象的旁边，仅通过一个LAN连接，就能在很远距离实现精确测量。
- CIC-电荷注入校准
- 听信号—能在测量的过程中检验测量
测量音爆所面临的挑战
当飞机以超音速飞行时，将会产生雷鸣般的声音—音爆。当飞机穿过空气时，会在它的前面和后面产生一系列以音速传播的压力波。当飞机自身的速度超过音速时，这些波由于相互间无法“避让开”，从而被飞机挤压在一起，即被压缩，最终会融合成单个产生音爆的冲击波。
飞机的首部压力急剧升高，随后压力向机尾稳定的降低，一直到压力为负，在飞机离开后突然恢复成正常压力。这种“过压外形”由于它的形状也被称为N-波。当存在压力的突然变化时，就会感觉到“轰鸣”，所以N-波会造成两次轰鸣，第一次出现在机首进入时初始压力升高，第二次出现在机尾离开，压力突然回到正常时。这就是超音速飞机比较独特的“双轰鸣”。
测量和分析音爆并不是一件容易的事情，对测量设备有着很高的要求。音爆是一种高声压、低频脉冲噪声。冲击波的压力增加发生在非常短的时间内—约为几个毫秒，而总的峰值过压力达到50到100Pa。它的频率很低，因为其频谱的主要部分处在次声和低频可听声范围内(1-30Hz)。
曲线所示是JAXA测量结果和Brüel & Kjær测量结果的对比，结果惊人的一致！
 |
| JAXA/Brüel & Kjær系统测量到的N-波。N-波会造成两次轰鸣，第一次出现在机首进入时初始压力升高，第二次出现在机尾离开，压力突然回到正常时。 | 放大图片 |
|
阅读最近的行业新闻
