eVTOL需要经历哪些噪声与振动测试？

eVTOL需要经历哪些噪声与振动测试？ 低空经济面临棘手的噪声与振动方面的挑战。eVTOL的噪声过大可能干扰地面通信、影响居民生活，甚至违反噪声法规，限制其运行区域；而振动问题会降低乘客舒适度，还可能损害机载设备正常运行，影响飞行安全与可靠性。只有通过严格测试，才能优化设计，确保eVTOL在满足安全、舒适与法规要求下投入运营。那么，eVTOL需要经历哪些噪声与振动测试？ 噪声测试 国际标准ISO 5305: 2024 规定了记录最大起飞质量小于150kg的旋翼动力无人驾驶飞机系统（UAS）周围几个位置瞬时声压时间历程的方法，适用于电力驱动或燃料驱动的UAS，可用于测量来自具有多个旋翼或单个旋翼UAS的声压。具体包括： 1. 针对不同类别多旋翼驱动UAS噪声测量，提出了在消声室、消声风洞和户外环境等三种不同测试设施的建议和要求；2. 多旋翼UAS在悬停、垂直起降和水平巡航状态下噪声测量配置的要求和建议；3. 为尽量减少气象影响的测试配置和程序建议。 图片来自英国CAA公开报告Noise measurements from eVTOLaircraft: A review of available data: Inverted Ground Plane (IGP)传声器，使用B&K 4192型压力场传声器、4231型声校准器和2250型声级计 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，他们拥有领先的静音风洞、高精度低速风洞、大型消声室、混响室和先进的噪声测试设备，能够准确测量eVTOL在不同飞行状态下的噪声水平。 欧洲航空安全局（EASA）指南 EASA于2022年10月发布了针对600公斤以下无人机的噪声水平测量指南，适用于多旋翼、固定翼、直升机和动力提升等多种无人机设计，为低风险和中风险操作中的特定类别无人机提供统一的噪声测量程序。 2023年5月，航科院适航所（无人机适航审定中心）在江苏南京无人机基地开展中型无人机噪声评定试验，参考EASA《特定类（中低风险）重量小于600公斤的无人驾驶航空器系统噪声测量指南》开展测试与研究。通过航科院航空器噪声测评实验室配备的HBK适航噪声测试系统和声学校准标定系统，基于A计权声暴露级与A计权等效连续声压级等度量指标评定无人机在平飞过程及悬停状态下的噪声值，有效验证了指南给出的测量方法，实现了无人机飞行状态噪声值的有效评定。 使用HBK 2245型声级计进行无人机噪声测试 在户外噪声测试中，ISO 5305: 2024推荐了两种接地安装的传声器配置，一种是倒置的传声器，如下面英国民航局CAA公开报告Noise measurements from eVTOL aircraft:A review of available data采用的Inverted Ground Plane(IGP)传声器。另一种是齐平安装的传声器，可用于更高的频率测试。 欧盟法规EU 2019/945 国家标准GB 42590-2023 这是中国民用无人机领域的首项强制性国家标准，适用于除航模之外的微型、轻型和小型民用无人机，要求在铭牌或说明书上标识旋翼类无人驾驶航空器在悬停和典型飞行速度下的噪声测量结果。 无人机系统在投放欧盟市场之前必须符合基本要求，依据法规2019/945附件part13，使用噪声排放标准ENISO3744:2010进行声功率测量。 ISO3744规定了在一个反射平面上方近似自由场条件下的工程法测量噪声源声功率级。这种方法适用于各种类型的稳态噪声源，包括但不限于机器设备、车辆部件等。该标准要求测试场地应足够大，以避免周围环境对测量结果产生显著影响。理想情况下，测试场地应是一个开阔的空间，如在户外的空旷场地或大型的、经过声学处理的室内空间，以保证测量点处于近似自由场的条件下。 适航噪声测试 以飞机适航噪声认证为例，它是一套旨在确保飞机噪声水平符合特定标准，以减少对环境和人类生活影响的法规和评估体系。民用飞机在正式投用前，必须通过欧洲航空安全局(EASA)和美国联邦航空管理局(FAA)等机构的认证。在噪声认证这一测量和计算过程中，必须针对飞机进场、起飞和低空飞行等操作，生成有效感知噪声级(EPNL)。认证过程十分严格，必须在开发阶段一开始完成认证，以了解飞机的噪声性能等级(NPL)。 2024年11月，在第十五届中国航展系列论坛活动2024第二届未来城市空中交通论坛上，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。该规范由中国民航科学技术研究院和广州开发区交投集团联合牵头编制。 噪声源识别 例如，2017年空中客车公司选用了Brüel&Kjær的飞机噪声认证测试系统，对H160直升机进行噪声测试。该系统符合国际民航组织(ICAO)关于飞机噪声认证等级测量的技术标准ICAOAnnex16和/或FAR36和IEC61265。2018年8月，EASA正式批准H160的噪声认证。 •飞越噪声波束形成测量 可用于客机研发及认证阶段的飞越测试中的噪声源识别，能对亚音速运输机起落架、缝翼、襟翼和发动机等部位的噪声源进行识别，可用于30-300米的飞越高度。 测量时可记录所有信号，通过IRIG-B时间编码信号利用飞行轨迹信息进行瞬态跟踪分析；采用反卷积算法，相比传统波束形成技术提高空间分辨率；可对数据进行后处理，包括对飞机位置进行摄影验证以与声学数据现场同步（可选），以及现场快速验证波束形成计算结果（可选）。 日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）曾对三菱重工的MU300型商务喷气机进行了波束形成测量，如下图，使用B&K135通道，29m直径的地面声阵列，下限频率为300Hz。 空客H160直升机由LAN‐XI/PULSE/DAQ‐H适航噪声系统进行认证 声品质分析 eVTOL可能会在城市环境中频繁起降和飞行，其产生的噪声对周边社区的影响不容忽视。较低的噪声水平和较好的声品质可以减少对社区居民的干扰，提高社区对eVTOL运营的接受度，提升乘客的乘坐舒适性。最新研究表明，响度、尖锐度、音调、粗糙度或波动强度等心理声学参数与eVTOL的主观烦恼有关。具体而言，响度ISO532-1、尖锐度Aures、音调ECMA418-2等在预测无人机噪声烦恼度上表现较优，且降低这些指标值可改善烦恼度，其中响度ISO532-1对烦恼度预测效果较好。并且，起飞和降落比平飞更加让人烦恼。 HBK能够提供完整的声品质分析工具，包含HATS记录双耳信号，符合最新国际标准的声品质参数计算，时域、频域和阶次域的声音互动滤波与回放，以及完善的故障诊断方法进行声品质的优化提升。 螺旋桨噪声、电机等部件噪声源识别 JAXA还使用B&K60通道、1.5m直径半轮形阵列对飞机外部进行波束形成测量。 使用传声器阵列进行全频带的噪声源识别，HBK专利算法–宽带声全息仅需要一次测量即可获得完整频率段的噪声源分布，空间分辨率高，并可获得良好的声功率估计。 风洞测试 风洞用于开发和验证空气动力学设计，与全尺寸飞行测试相比，成本大幅降低。还可用于飞机噪声源及其指向性的气动声学测量，既可用于验证预测方法，也可用于研究降噪措施的声学影响。 开式、消声风洞和封闭风洞均用于各种流致噪声现象的空气动力学和气动声学研究。测试设备的选择主要取决于应用类型、设计速度和所需的模型比例。由于维持雷诺数（惯性力与粘性力之比）方面的问题，风洞也可以加压并在低温下运行。另一个挑战是，通常需要在非常高的声学频率下工作，特别是对于小比例模型。由于使用比例模型产生的噪声频率与模型尺寸成反比，这也对声学数据采集和分析系统的能力提出了挑战。 HBK能够提供满足所有气动声学测试要求的仪器，还可以分享多年的多传声器测量和优化传声器安装经验，帮助您选择最有效且经济的测试解决方案。 此外，在消声风洞测量中，针对eVTOL起飞/降落、巡航飞行测试，ISO5305:2024建议分别使用水平和垂直传声器线阵列测量其噪声指向性。B&K4954-A或B型1/4”预极化自由场TEDS传声器是风洞噪声测量的首选，在很宽的频率范围内具有平直的频响曲线，适合于远离声源和硬壁反射面，组成阵列进行测量。 结构动力学模型，这些模型可用于预测颤振行为和规划安全关键飞行试验，通常在开发周期的后期进行。 美国航空航天局NASA使用HBK测试系统进行电动飞机X-57Maxwell的地面共振试验。包含300+通道LAN-XI数据采集仪、100+加速度计等，采用14种不同测试配置，进行191次测试运行。使用BKConnect软件运行测试并分析数据，该软件可实现数据采集、实时监测、后处理及报告生成等功能。 振动测试 GVT测试结果显示，预测试的飞机分析模型未涵盖测试中观察到的所有模态。这些新模态将有助于测试后模型的更新和关联，为X-57项目团队提供了重要的模态数据。 地面振动测试（GVT） GVT是FAA和EASA飞机认证过程中的一个重要里程碑，主要目的是获取整个飞机结构的实验振动数据，以验证和改进其 模态测试 通过激励飞机结构并测量其响应，确定飞机的固有频率、振型和阻尼等模态参数，以评估结构的动态特性和振动响应，确保在飞行过程中不会因结构振动而引发安全问题。 BK Connect试验模态分析，强大的模态参数估计确保清晰的稳态图和紧密耦合模态的提取 飞机机翼尖端的时域工作变形分析ODS