1、淺談民用飛機短艙進氣道結構設計    摘要：本文主要介紹安裝先進渦輪風扇發動機的民用飛機進氣道結構設計，包括進氣道消聲結構的設計。 關鍵詞：進氣道 結構設計 消聲設計 中圖分類號：V1 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2013）06-0081-01 0.概述 高涵道比、高效率的先進的動力裝置是民用大型客機的心臟。作為動力裝置重要組成部分的短艙進氣道，對于整個動力裝置的性能起著重要的作用。 1.進氣道設計要求 進氣道的內部通道設計必須保證在發動機各種工作狀態下能供給發動機所需要的空氣流量，并為發動機風扇進氣面提供均勻流場和高總壓恢復系數。進氣

2、道結構設計中，應運用聲學處理技術，以最大程度減小發動機外傳噪聲，使飛機符合FAR-36部適航標準的要求。短艙進氣道應當與風扇葉片一樣具有抵抗飛行中鳥撞的能力。進氣道必須采取防冰措施，在各種氣候條件下，發動機及其進氣系統上，都不產生不利于發動機運行或會引起推力嚴重下降的冰積聚。 2.進氣道結構設計 進氣道主要由唇口蒙皮、前隔板、后隔板、內壁板、外壁板和連接法蘭組成。 進氣道唇口蒙皮通常采用鋁合金材料，表面陽極化處理，外表面打磨光滑，能夠承受雨砂的侵蝕和冰雹的沖擊，并且是防鳥撞的第一道防線。進氣道唇口蒙皮通過角材與進氣道后隔板與外壁板相連接，角材之間通過接頭連接。進氣道前隔板組件由腹板、徑向肋、加

3、強件、開口和管路支架組成。腹板由鈦合金退火材料成形，以承受防冰管路的高溫，由左右兩塊拼接而成。腹板上通常布置有徑向肋，主要對結構起到加強作用。進氣道前隔板組件通過角材與唇口蒙皮、內壁板和外壁板相連接。進氣道前隔板組件主要承受的載荷為鳥撞沖擊載荷，是防鳥撞設計的主要結構件。 進氣道后隔板組件由腹板、徑向肋、開口組成。腹板通常采用鈦合金退火材料成形，由左右兩塊拼接或者整體成型，主要吸收FBO工況時風扇打出能量。腹板通常有徑向肋，材料為鈦合金，主要對結構起到加強作用。進氣道后隔板組件在外側通過角材與外壁板相連接，并且通過角材提供風扇罩罩體搭接區域；后隔板組件在內側通過角材與內壁板相連接。進氣道后隔板

4、組件是防鳥撞結構設計的最后一道防線，要保證鳥的撞擊不會穿透后隔板打到風扇艙段，后隔板的變形不能引起燃油管路以及其它系統的損壞以危及到飛行的安全。同時，盡管FADEC位于風扇艙段區而不在進氣道內，但是不能允許鳥撞擊后隔板變形而接觸到FADEC。因此后隔板需要布置一定數量的鈦合金材料徑向加強肋。后隔板通常也是風扇艙段火區的前向邊，因此后隔板需要采用鈦合金退火材料且必須布置防火板以與火區隔離。進氣道后隔板組件主要承受的載荷為管路爆破載荷。 進氣道外壁板通常為復合材料鋪層結構，熱壓罐成形，主要承受氣動載荷，提供光滑的流線型表面。外壁板通過角材與前后隔板連接。進氣道連接法蘭通常為鈦合金材料或者復合材料與

5、內壁板共固化，通過周向一圈緊固件與發動機風扇機匣連接。進氣道法蘭通過螺栓、襯套和墊片與發動機風扇機匣連接，襯套的設計目的是在FBO情況下保護接頭以承受高階載荷。 3.進氣道結構消聲設計 飛機噪聲是飛機飛行時存在的各種噪聲源的聲輻射總和。飛機噪聲源主要有兩類，即推進系統噪聲和空氣動力噪聲。推進系統噪聲包括風扇/壓氣機噪聲、噴流噪聲、渦輪噪聲和燃燒噪聲等。空氣動力噪聲則是由于氣流流過機身引起的氣流壓力擾動產生的，因此也成為機體噪聲。另外，超音速飛機產生的沖擊波還會在地面形成轟聲。 當代飛機廣泛使用的渦輪風扇發動機主要聲源有四個部分，即風扇/壓氣機噪聲、燃燒噪聲源、渦輪噪聲源和噴流噪聲源。其中風扇/

6、壓氣機噪聲和噴流噪聲是發動機的主要噪聲源。隨著飛機廣泛使用的渦輪風扇發動機涵道比的不斷提高，發動機排氣速度大大減小，相應的噴流噪聲得到較大的降低，使得風扇/壓氣機噪聲在飛機總噪聲中占有越來越突出的地位。因此消聲短艙的設計是必要的措施。 消聲短艙聲處理目的就在于抑制發動機噪聲的向外傳播，因此降噪就是消聲結構的主要任務。但是，用于發動機進氣道、排氣通道上的聲處理壁板不僅僅只需要降噪這唯一的要求，還必須滿足其他一些要求才能認為是合適的消聲結構。對于消聲結構的一般要求大致可歸納如下：單位面積降噪量大，在起飛、著陸條件下都具有良好的降噪效果；對進氣道、排氣道內氣流的摩擦損失盡量小；聲疲勞強度高；在高速氣

7、流沖刷和溫度變化的工作環境條件下仍十分牢固，有良好的耐久性和長壽命；重量輕，剛性好；不吸塵埃、水滴、油污等，以免堵塞面板小孔而降低吸聲性能。 多孔消聲材料的構造特征是：材料從表到里具有大量的互相貫通的微孔，也即具有適當的透氣性。其消聲作用主要是：當聲波入射到多孔材料表面時激發起微孔內的空氣振動，空氣與固體筋絡間產生相對運動，由于空氣的粘滯性，在微孔內產生相應的粘滯阻力，使振動空氣的動能不斷轉化為熱能，從而使聲能衰減。其次在空氣絕熱壓縮時，空氣與孔壁間不斷發生熱交換，由于熱傳導的作用，也會使聲能轉化為熱能。 在空氣流通管道內壁板鋪設穿孔板蜂窩夾芯結構就成了消聲管道。良好的消聲管道應具有盡可能大的

8、噪聲衰減量，滿足降噪指標。 進氣道內壁板通常由幾塊壁板拼接而成，通過角材與前后隔板相連接，后側通過進氣道法蘭將整個進氣道連接在發動機風扇機匣上。位于后隔板之后的進氣道內蒙皮處于風扇艙段火區內，因此布置了防火板。進氣道內壁板通常為金屬蜂窩夾芯的消聲結構。面板為穿孔鋁合金 材料，底板為鋁合金材料，兩層板之間采用消聲蜂窩結構。面板上的小孔和蜂窩芯格組成許許多多個亥姆霍茲共振器，經過面板的聲波由于這些許多個共振器的共振作用使一部分聲能轉化成熱能，熱能傳遞給結構最終被結構所“消耗”。亥姆霍茲共振器的共振頻率與穿孔板蜂窩夾芯結構的面板厚度、小孔孔徑、穿孔率和背腔深度有關。進氣道消聲內壁板結構主要參數有POA、面板孔徑面板厚度、蜂窩高度、有效聲處理面積。 4.總結 飛機進氣道結構