eVTOL需要经历哪些噪声与振动测试_7页_608kb

eVTOL噪声与振动测试总结

核心内容

eVTOL（电动垂直起降飞行器）在低空经济中扮演重要角色，但其噪声与振动问题对环境、居民生活和飞行安全构成挑战。因此，eVTOL在研发和认证过程中需经历一系列严格的噪声与振动测试，以确保其符合国际与国家相关标准，并提升乘客舒适度与社会接受度。

噪声测试

国际标准ISO 5305:2024

• 适用范围：适用于最大起飞质量小于150kg的旋翼动力无人驾驶飞机系统（UAS）。
• 测试设施：推荐使用消声室、消声风洞和户外环境三种测试设施。
• 飞行状态：包括悬停、垂直起降和水平巡航状态下的噪声测量。
• 传声器配置：推荐倒置（IGP）和齐平安装两种方式，以减少气象影响。
• 参与机构：香港科技大学空气动力学、声学与噪声控制技术中心（AANTC）参与了该标准的制定，具备先进的噪声测试设备。

欧洲航空安全局（EASA）指南

• 适用范围：适用于600公斤以下无人机。
• 测试内容：包括悬停和典型飞行速度下的噪声测量。
• 测试方法：采用A计权声暴露级与A计权等效连续声压级等指标。
• 测试机构：航科院适航所（无人机适航审定中心）在南京无人机基地进行噪声评定试验。

欧盟法规EU 2019/945

• 适用范围：适用于投放欧盟市场的无人机系统。
• 测量标准：依据EN ISO 3744:2010进行声功率测量。
• 测试环境：需在近似自由场条件下进行，通常在户外空旷场地或大型消声室。

中国国家标准GB42590-2023

• 适用范围：适用于微型、轻型和小型民用无人机（不包括航模）。
• 要求：在铭牌或说明书上标识悬停和典型飞行速度下的噪声测量结果。

适航噪声测试

• 规范启动：2024年11月，首个《电动多旋翼无人驾驶航空器噪声适航验证技术规范》正式启动立项。
• 认证机构：EASA和FAA等机构负责飞机噪声认证。
• 测量指标：需生成有效感知噪声级（EPNL），以评估噪声对环境和居民的影响。
• 测试阶段：需在开发初期完成噪声性能等级（NPL）评估。

声品质分析

• 重要性：eVTOL在城市环境中频繁起降和飞行，噪声对社区和乘客舒适度有显著影响。
• 心理声学参数：响度、尖锐度、音调、粗糙度等参数与主观烦恼度相关。
• 预测效果：响度ISO532-1对烦恼度预测效果较好，起飞和降落比平飞更让人烦恼。
• 工具支持：HBK提供完整的声品质分析工具，包括HATS记录双耳信号、声品质参数计算、时域/频域/阶次域分析等。

噪声源识别

• 飞越噪声波束形成测量：
  • 应用场景：用于客机研发及认证阶段的噪声源识别。
  • 测量对象：包括起落架、缝翼、襟翼和发动机等。
  • 技术特点：使用IRIG-B时间编码信号进行瞬态跟踪分析，采用反卷积算法提高空间分辨率。
  • 案例：日本JAXA使用B&K 135通道和29m直径地面声阵列对MU300商务喷气机进行噪声源识别。
• HBK技术：
  • 宽带声全息：只需一次测量即可获得全频段噪声源分布，空间分辨率高。
  • 设备支持：包括轮形阵列和声学摄像机等。

风洞测试

• 应用目的：用于开发和验证空气动力学设计，以及噪声源和指向性的气动声学测量。
• 测试类型：包括开式、消声风洞和封闭风洞。
• 设备选择：根据应用类型、设计速度和模型比例选择测试设备。
• 挑战：
  • 需维持雷诺数，可能需在低温、加压条件下运行。
  • 高频声学测量对数据采集和分析系统有较高要求。
• HBK支持：
  • 提供满足所有气动声学测试要求的仪器。
  • 具备多传声器测量和优化安装经验。

振动测试

地面振动测试（GVT）

• 目的：获取飞机结构的实验振动数据，验证和改进结构动力学模型。
• 应用：用于预测颤振行为和规划安全关键飞行试验。
• 测试阶段：通常在开发周期的后期进行。
• 案例：NASA使用HBK测试系统对X-57 Maxwell进行地面共振试验，包含300+通道LAN-XI数据采集仪和100+加速度计。
• 测试结果：发现预测试模型未涵盖所有模态，为模型更新提供重要数据。

模态测试

• 目的：确定飞机的固有频率、振型和阻尼等模态参数，评估结构动态特性。
• 技术方法：
  • 试验模态分析（EMA）：通过激励结构并测量响应，提取模态参数。
  • 操作模态分析（OMA）：利用飞行数据进行模态分析。
• 工具支持：HBK提供BK Connect软件，支持数据采集、实时监测、后处理及报告生成。

关键信息

• eVTOL噪声与振动测试涉及国际标准（如ISO 5305:2024）、欧盟法规（如EU 2019/945）和中国国家标准（如GB42590-2023）。
• 噪声测试需在不同飞行状态下进行，且需考虑环境因素。
• 声品质分析有助于提升乘客舒适度和社区接受度。
• 噪声源识别技术（如波束形成测量）可精准定位噪声来源。
• 风洞测试是低成本、高效的空气动力学和噪声研究工具。
• 振动测试（GVT和模态测试）对飞机结构安全和性能至关重要。