一、背景

　　直升机的发展要比固定翼飞机晚的多，但是直升机既可以垂直起降、悬停，又能够向任意方向飞行，直升机有许多其他飞行器难以企及的优势，能够较好地抵达车辆等其他机械和交通工具无法到达的区域执行任务。从物资人员运送、战场投放，到搜救救援、空中观光、航拍和物探、防火与救火、警用警戒等，这种特有的飞行能力使其在军事和民用领域得到了广泛应用。

　　二、直升机的振动与噪声源有哪些？

　　直升机的振动源主要分为两个部分，一部分是直升机的动力系统，包括发动机，以及传动装置，另一部分振动与噪声的产生是来自直升机的旋翼系统。

　　直升机的振动与噪声源简图

　　1、动力系统产生的振动与噪声

　　直升机的动力系统的噪声源主要是各种转动部件的高速旋转振动产生的噪声。比如涡轮轴发动机的压气机、涡轮盘、传动轴、以及减速齿轮等。因此动力系统产生的噪声是中频与高频的。

　　一种直升机的发动机

　　2、旋翼系统产生的振动与噪声

　　总体上来说，旋翼系统产生噪声都是低频噪声，是因为直升机螺旋桨与气流的各种作用产生的。但是直升机的流场又是十分的复杂的，对于旋翼系统产生的噪声又可以划分为好几个部分，如：桨涡干扰（BVI）噪声、高速脉冲（HSI）噪声、厚度噪声、载荷噪声和宽带噪声等。其中桨涡干扰噪声是直升机最为典型，也是最为主要的噪声类型之一，它是由旋翼桨叶自身产生的尾迹与后续桨叶相互干扰而诱发产生的噪声。这么说大家可能觉得不清楚，下面小编就来解释一下桨涡干扰噪声到底是如何产生的。

　　直升机旋翼系统

　　武装直升机的旋翼系统

　　我们知道飞机升力产生的本质是机翼的下翼面气流压强比上翼面的大，这样上下翼面就有一个向上的压差，飞机就是靠着这个向上的压差托着才不会掉下来。对于直升机来说，虽然桨叶是旋转的，但是原理也还是如此。这就带来一个问题，下翼面压强高，上翼面压强低，那么下翼面的高压气流肯定会有向上翼面流动的趋势。在翼梢处，没有机翼的遮挡，这种趋势就变成了事实。下翼面的高压气流绕过翼梢的边缘向旋翼的上翼面流动，这样当直升机的机翼高速旋转时，就会在翼尖形成一个涡。我们知道，直升机的桨叶是不断高速旋转的，这样前一个桨叶产生的涡还没有散去，后边的桨叶就刚好迎面撞上来了。如此反复，不断的剧烈的碰撞就产生了强烈的振动与巨大的噪声，这就是所谓的桨涡干扰噪声。当直升机处于低速斜下降、小速度平飞、机动飞行等状态时，均会产生不同程度的桨涡干扰噪声。并且桨涡干扰噪声十分霸道，一旦它出现了，它立马就成为直升机的主要噪声。

　　机翼上下表面流场压强

　　对于固定翼飞机，在翼尖处，下表面的高压气流绕过翼尖流向上表面的低压区，形成翼尖涡。

　　翼尖处的翼尖涡

　　与固定翼飞机类似，对于直升机也会在桨尖形成桨尖涡，并与后续桨叶发生碰撞，产生桨涡干扰噪声

　　因此直升机的噪声频段很宽，既包括动力系统产生的高频噪声，又包括旋翼系统产生的中低频噪声。不过，高频噪声在空气中的衰减速度很快，在直升机的近场基本就衰减完了。我们平时在地面听到的直升机的轰轰隆隆的声音，基本都是由直升机的旋翼系统产生的低频噪声。

　　三、如何减小直升机的桨涡干扰噪声？

　　知道了桨涡干扰噪声的产生原理之后，那么就显然只有两个途径能够减小这种噪声。一种就是减小翼尖涡的强度，另一个就是尽量避免后边的桨叶撞上前边桨叶产生的翼尖涡。通常又可以分为被动控制与主动控制，对于被动控制，通常的做法就是增加桨叶的弦长，数目。我们知道，升力与速度的平方成正比，也与机翼面积成正比。增加桨叶的弦长，数目就相当于增加了机翼面积，这样能减小翼载，从而减小转速，可以降低桨叶翼尖的速度，减小翼尖涡的强度。还有就是，桨尖后掠，桨尖叶片尖削等。除此之外还有一些比较特别的做法，下面小编带大家盘点一下：

　　1、 桨尖下反

　　对于桨尖下反，典型的代表就是美国的黑鹰直升机采用了后掠加下反的桨叶，叶尖下反20度。下反的桨叶有什么作用呢？我们刚才在上边讲了，桨尖涡的产生是因为在翼梢处，没有什么遮挡，这样下翼面的高压气流就绕过翼梢向上翼面流动，于是产生了涡。桨尖下反就相当于在桨尖加了一块向下的板子，对向上绕流的气流产生遮挡作用。这样就能够减弱桨尖涡的强度。无独有偶，也不仅仅是黑鹰直升机这么干，经常坐飞机的朋友可能会发现，客机的翼梢处也有这么一块板子，我们叫它翼梢小翼。波音和空客的飞机这块板子的形状还有很大的区别。感兴趣的可以看一下我之前发的一篇有关翼梢小翼的文章。

　　黑鹰直升机的桨尖采用了下反设计

　　客机翼尖的翼尖小翼，黑鹰通过桨尖下反来减小桨尖涡的强度的原理与客机翼梢小翼的原理相同。

　　翼梢小翼能够减小翼尖涡的强度

　　2、欧洲直升机公司设计的蓝边桨叶

　　欧洲直升机公司设计的蓝边桨叶外形很有科技感，一方面通过缩短翼尖的弦长来减小翼尖涡的强度，另一方面它通过线前掠再后掠的设计，不但增加了机翼面积，减小了桨的长度，而且可以避免桨尖涡与桨叶平行，能够在很大程度上减小桨叶与涡流的相互碰撞与干扰。从而减小噪声。

　　蓝边桨叶

　　3、锯齿形桨尖

　　自然界中，猫头鹰是在黑暗中捕猎的好手，这不仅是因为猫头鹰有良好的感知系统，更是因为猫头鹰在冲向猎物时能够做到悄无声息。于是有人研究了猫头鹰的翅膀，发现其羽毛全部张开时，翅尖的羽毛并不是十分整齐的，而是排列呈锯齿状。这有什么好处呢？原来锯齿状的外形可以让下翼面的高压气流沿着许许多多的锯齿向上翼面绕流，这样就能够把以前一个大的翼尖涡分散成了许许多多的低强度的翼尖涡。仿照猫头鹰的翅膀羽毛的结构，人们设计出一种锯齿形状的桨尖。这样当翼尖涡就被分割成了许许多多的强度比较低的小涡流后，这些分散后的小涡流会在不同时刻，不同部位，不同方向与后续的桨叶碰撞，从而有效的削弱了碰撞强度，大大减小了桨涡干扰噪声。

　　锯齿形状能够分散翼尖涡

　　4、带有伺服襟翼的桨叶

　　带有伺服襟翼的桨叶，就是在桨叶的靠近尖部位置安装几个私服襟翼，这些襟翼会随着螺旋桨的转动而上下偏转，通过调节襟翼的偏转方向，来调整气流的方向，从而让桨尖涡流与桨叶避开，避免相撞，从而减小振动与噪声。不过这种方法控制系统比较的复杂，稳定性与可靠性不好。

　　带有伺服襟翼的桨叶示意图

　　带有伺服襟翼的桨叶做动结构

　　5、在桨叶上铺能够驱动的纤维

　　在桨叶上铺能够驱动的纤维，比如加入PZT晶体，在加电以后，纤维会发生变形，从而带动桨叶变形，来达到想要的效果。不过这种方法工艺复杂，成本高昂。

　　在桨叶上铺能够驱动的纤维

　　四、总结

　　总体上来说，以上的各种方法都是从减小桨尖涡的强度，以及如何避免桨尖涡与后续桨叶碰撞这两个角度来减小桨涡干扰产生的低频噪声。当然了这只是减小了直升机的外部噪声，也就是减小了我们在地面上所能感受到的噪声。另外，虽然动力系统产生的高频噪声传不了很远的距离，但是对于飞行员与直升机机舱内的人员来说，这些高频振动与噪声会更加的令人烦躁。因此对于机舱的减振降噪也同样是一个很重要的话题。一般采取的措施有：在传动装置上加装弹性支撑、挤压油膜阻尼器、干摩擦阻尼器、粘弹性阻尼材料、粘弹性减震器等；在机舱壁板上通过结构优化设计、动力吸振器、阻尼减振、以及主动控制技术等来抑制振动与噪声的传播。

　　（作者署名：云端风火）

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