航空发动机台架试车是发动机研制过程中至关重要的环节,贯穿于发动机的预研、研制、生产和使用、改进和改型等全过程。因此,国内外对航空发动机试车台的设计十分重视,投人大量人力物力进行科研攻关,以满足不同类型、型号发动机试车试验要求。然而值得注意的是,在航空发动机试车台的选址和建造过程中,噪声控制俨然已成为试车台建设的一项十分重要的技术内容,以及试车台建设是否符合规范、设计是否先进的重要考核标准。这是由于国内外航空发动机试车台设计规范中,均对操纵间、准备待试间、进排气塔外场30.0 m等处的噪声限值有明确的规定。
航空发动机的噪声与一般声源产生的噪声不同,其具有强度大、声压级高、频谱(带)范围宽、危害广的特点,使得航空发动机试车台的噪声治理难度极大。随着我国对噪声污染问题的日益重视,加之新研制发动机向着流量大、推力高、叶尖马赫数大、喷流排气速度高等方向发展,必将使得航空发动机试车台的噪声控制难度加大,经费耗费巨大。据不完全统计,通常整个试车台降噪设施所需经费约占总基建投资的三分之一。如2007年罗·罗公司建设的58号大型试车台,采用了具有降噪功能的双层顶盖结构(包含11000立方米的混凝土结构及容量达1 000 t的进排气消声装置),耗费巨大。而我国的上海航空发动机露天试车台和西安266号试车台,建成后因初期选址及论证等原因无法正常投入使用,使国家资源得不到充分合理利用。因此,噪声问题已逐渐在试车台论证初期引起国内外的关注,需要在设计之初就进行详细论证,有针对性地开展降噪设计。
对声源特性的准确把握和合理的降噪设计,是航空发动机试车台降噪的两个关键问题,国内对此进行了大量研究。1993年,张元周对停放在停机坪上的东方航空公司的飞机上的B1213发动机进行了远场噪声测试。1994年,606所对该机远场噪声信号进行了1/3倍频程频谱分析。金业壮等对航空发动机台架试车噪声进行了声压级测量,通过细化谱分析等定性和定量手段,获取了该发动机的声学特性。1996年,孙松岭等对航空发动机试车台试车时发动机产生噪声的机理及频谱特性进行了细致的分析和研究,得到了试车台噪声主要是呈现中高频频率特性、连续宽带的空气动力性噪声的结论。1999年,沙云东等结合涡喷发动机台架试验进行了声强测量和声源识别,讨论了该型发动机的噪声级、主要噪声源及其特征,并进一步指出:低转速时发动机噪声以压气机叶片通过频率处的离散纯音为主,随着转速的增加喷流声上升为主要成分,转速最大时压气机离散纯音在高频段仍有出现,但喷流噪声占绝对主导,喷流噪声峰值频带集中在250-1000 Hz,中间状态时最高声强级达150 dB,最大声功率达160 dB。2006年,黄晶晶等基于航空发动机试车台噪声的声功率谱分析技术,对涡桨发动机试车噪声的声功率谱进行了分析;2012年,王娜等为掌握涡扇发动机在室内试车时的噪声特性,并检验试车台建筑物和各项降噪设备的效果,对某新建试车台的声环境进行了现场测量,获取了试车台内、外环境噪声数据及各项降噪设备的降噪效果。在降噪设计方面,试车台的进/排气消声器是降低发动机噪声对外部污染的重要手段。其中阻性消声器适于降低中、高频噪声,抗性消声器适于降低中、低频噪声。牛延云等针对国内发动机台架试车过程中排气噪声抑制效果差的缺点,突破国内传统工艺,提出一种内插管扩张室消声器,并在606所A109试车台的排气消声塔上得到应用,获取了较好的效果。