飞机出行时，坐哪儿最安静？

有次和同事一起坐飞机出差，准备值机的时候，他说，千万别选中间那几排，离发动机太近，吵死了。我说，你咋知道声音都是发动机产生的？他说，除了发动机，飞机其他地方都光溜溜的，哪来的声音啊？额，我竟无言以对。然鹅，有文化的糟老头子岂会善罢甘休，于是，我决定写篇文章反驳他。

来自不同部件的噪声

大家平时乘坐的民航客机通常为大型固定翼飞机；在起飞或者平飞时，由风扇和喷流引起的发动机噪声的确是主要的噪声源，但在飞机着陆进场阶段，发动机处于低功率运行状态，而起落架和高升力装置都处于打开的状态，机体在高速气流作用下而产生的气动噪声显著增加，甚至超过发动机噪声。下图给出了某民航客机在进场时各部件对于总噪声的贡献，可以看到机身噪声是有效感知噪声的主要来源。

01 起落架噪声

作为机身噪声最主要的来源，起落架复杂的几何结构在高速气流作用下产生复杂的分离流场是产生气动噪声最主要的原因。下面的动画是PowerFLOW计算的某民航飞机的前起落架的涡流动画，可以清晰的看到涡流的产生、发展与扩散（这才是CFD应有的样子）。

飞机起落架流场结构

众多学者对于起落架噪声都进行了很深入的研究，比较一致的观点是：起落架的宽频噪声主要来自于轮胎、支柱和连接杆等部件，但是不同频域的噪声源与起落架部件的尺寸密切相关。大尺寸的部件往往产生低频的噪声，而小尺寸的几何结构通常和中高频的噪声直接相关。另外，起落架上存在某些空腔结构，可能会由于空腔的声学激振而产生很强烈的离散噪声。

针对起落架噪声的研究，目前惯用的手段仍然是实验和计算。实验虽好，不能贪多哦，毕竟那么贵，而且重复性略微差了一些。对于数值计算，通过传统CFD方法计算起落架噪声的确要面对很多的挑战，前一篇文章详述了其中的原因。而基于LBM+VLES的技术优势，PowerFLOW近几年在该领域做了大量的验证工作。

下图展示了NASA使用PowerFLOW对波音777-200主起落架气动噪声进行验证的部分工作。由于微小的几何细节也会对模型的噪声结果产生影响，因此在此验证中使用了全细节的起落架模型——这对PowerFLOW来说非常简单；如下图左侧所示，用户只需把几何模型处理为面网格即可，体网格可自动生成。

计算结果同样令人惊讶，上图右侧展示了实验和仿真得到的起落架中央截面的声压级云图的对比，可见噪声热点区域的尺度和强度表现非常一致；同时，PowerFLOW也准确捕捉到了优化方案的降噪效果（后续的起落架分析专题会展示更详细的结果）。

02 增升装置噪声

机身噪声的另外一个重要来源则是增升装置。在飞机起飞和降落时，安装在机翼主翼的前缘与后缘的缝翼和襟翼将会打开以增加升力。但由于缝翼和襟翼所处的位置和流动工况的特殊性，通常会产生明显的气动噪声。

从左下图可以看到，气流流过缝翼下侧尖端的时候，会形成一定厚度的剪切层，剪切层拍打到缝翼后部产生声波，声波向上游传播至尖端处又会激发涡脱落，这样声波与缝翼尖端的涡脱落形成了反馈回路，类似于空腔流动，产生一系列低频的离散噪声。另外，缝翼后缘与主翼之间的收缩通道强迫流动加速，导致缝翼尾缘处生成小尺寸的高频脱落涡，从而产生高频的离散噪声。而襟翼的气动噪声来源较为直观，主要来自于其两端断面处的诱导涡，如右下图所示，相信大家对此都不陌生。

NASA也和PowerFLOW技术团队合作，针对襟翼的气动噪声和降噪方案展开了深度的研究。下图展示了某襟翼的基准方案和优化方案之间的对比，襟翼两端打孔显著降低了襟翼的噪声水平（~4dB）；对于基准方案，PowerFLOW预测的远场噪声频谱和实验几乎完全一致；在优化方案中，PowerFLOW预测结果也相当好，只是在高频部分相对于实验出现了一些截断的误差。这主要是由于襟翼两端打孔的尺寸非常小，需要更细的网格才能捕捉更准确的高频信息。

03 整机噪声

除了上述部件级的噪声研究，NASA也借助PowerFLOW针对湾流G3的整机气动噪声进行了广泛的分析。除了基础机型外，对自适应襟翼、主起落架整流罩、起落架空腔处理也进行了系统的飞行测试和仿真分析。尤其是在飞行测试之前，使用PowerFLOW进行了盲算。实验和仿真结果对比表明，PowerFLOW仿真的声压云图以及远场噪声频谱与测试结果基本一致。下图给出了基准方案在2000Hz的声压云图对比，后续会以专题的形式对该项目展开更详细的解读。

除了上述案例之外，NASA和OEM厂商的许多其它验证案例也表明，LBM+VLES的技术特点使得PowerFLOW能够精确模拟湍流引起的噪声以及噪声在周围流场中的传播，而不用担心传统方法所产生的数值耗散对细微声压脉动的遮蔽。

等等，说了这么多，你还没告诉我，坐飞机的时候到底坐在哪最安静呢？

经过我严格的分析，我觉得最安静的地方应该是头等舱，毕竟多了一个帘子，能隔不少噪音哦。估计又有读者要骂我这个糟老头子了，你看哪个CFDer坐得起头等舱？额，扎心了，我也坐不起，所以只能请坐过头等舱的大佬出来现身说法一下，到底头等舱有多安静。

如果你只能和小编一起坐经济舱，那还是选最靠前的位子吧，毕竟可以先下飞机，而且安静程度和头等舱差不多哦。

04 旋翼机噪声

估计又有读者要问了，那我要是和大老板一起做直升机呢？那你就观察一下主旋翼的旋转方向，按右手定则，如果大拇指朝上，就偷偷坐在左侧（反之就选右侧）——千万别告诉老板，因为后行桨叶比前行桨叶产生的噪声要稍微小一点。不会右手定则？那笔者再偷偷告诉你个秘密：中俄的直升机大部分要选右侧，欧美的选左侧，就对了哈。不过，直升机一般空间狭小，坐哪里的区别也没那么大啦。

下图为2017年欧洲旋翼机技术论坛上公开发表的内容，展示了使用PowerFLOW针对HART II项目的实验模型（Bo-105）进行桨涡干扰噪声的仿真分析；右侧为旋翼机下方某一平面上的声压级云图的对比，PowerFLOW预测到前行桨叶下方产生最主要的声压热点区，其尺度和强度均与实验吻合较好。

但是如果你坐的是双旋翼或者多旋翼机，那笔者只能小手一摊，建议你买副好的降噪耳机吧。

飞行汽车气动噪声仿真

机身噪声固然重要，然而不得不承认，作为飞机的心脏，发动机噪声在起飞与平飞过程中仍然是飞机最主要的噪声源，其降噪也是航空界的难题。按照飞发分开的惯例，航空噪声的下一篇就给大家单独介绍一下发动机噪声吧。

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