在科技飞速发展的进程中,人类为追求更静谧、高效的环境,不断向各类噪音 “宣战”。从枪械射击时的尖锐声响,到我们发明消音器降噪;再到火炮轰鸣,又升级消音器应对。而当飞机划破长空,喷气发动机那震耳欲聋的噪音,也促使人们思考:能否给它也套上一个 “消音器” 呢?

喷气发动机的噪音来源,主要可分为外部与内部两个方面。
先看外部噪音,其根源在于发动机的排气环节。空气历经压气机、燃烧室以及涡轮机所构成的发动机核心区域后,抵达排气口时,依旧携带着极高的热能,温度常常高达 400 摄氏度以上。尽管设计初衷是尽可能将热能与压力能转化,为涡轮助力,但现实是仍有大量能量残留。
当这些炽热的废气以极高速度喷射而出,便会与发动机外部的冷空气分子发生剧烈碰撞,由此引发对气流的剪切作用,压力波也随之产生。
而声音本质上就是一种压力波,这便是排气噪音的诞生过程。
从喷气式发动机的常规工作原理审视,想要降低排出废气的温度或者减慢排气速度,似乎都困难重重,毕竟这与发动机追求高效动力输出的目标相悖。
再将目光转向内部噪音,它源自压气机以及定子叶片和转子叶片对内部空气流动的干扰。
为确保空气以精准的方向与角度进入压气机,让转子叶片达到最佳攻角,实现最高效率,通常在涡轮喷气发动机的第一级压气机前方,都会安装固定的入口导向叶片(IGV)。IGV 宛如一把双刃剑,一方面,它的确为压气机叶片引导了更有效的气流;但另一方面,它在 “梳理” 气流的同时,也将迎面而来的气流撕扯得支离破碎,使得强大的脉冲波 —— 也就是噪音应运而生。

加之压气机的高速旋转,进一步放大了这种噪音的强度,使其成为发动机内部噪音的关键来源。
降噪之路上的探索与突破面对喷气发动机的噪音难题,早期工程师们想出了一个办法 —— 给发动机外挂 “静音套件”,这算得上是早期的 “降噪神器”,只不过如今已逐渐退出历史舞台。
这一静音套件外观呈横向一瓣一瓣的花瓣状,实际上扮演着排气混合器的角色。
将它套在发动机的喷口后方,便能促使经过发动机核心的热空气与周边冷空气更为均匀地混合。如此一来,热空气与冷空气分子间的剧烈碰撞得以缓和,剪切效应被有效抑制,压力波的产生大幅减少,从而实现降噪效果。

虽说使用过程中会让飞机产生一定震动,但降噪成效显著。以某型号的 “弯流” 飞机为例,装备静音套件前后,噪音水平差异巨大,让人们切实感受到了这一技术的实用价值。
然而,随着航空技术的迭代发展,现代高涵道比涡扇发动机的出现,让降噪之路迎来新的转机,曾经的外挂静音套件也渐渐失去用武之地。
高涵道比发动机独具匠心地在前端设置了大型风扇,使得未经核心加热的空气能够从旁路流向喷口。这一设计巧妙地为从核心排出的热空气起到了降温作用,冷热空气混合后再平稳喷出,从源头上削减了噪音产生的条件。
不仅如此,部分发动机还进一步采用锯齿状喷口,通过优化排气气流形态,进一步降低噪音,就如同给喷气噪音戴上了一层 “隔音面纱”。
与此同时,在应对内部噪音方面,高涵道比涡轮发动机同样有所建树。
尽管其压气机前方依然保留着 IGV,但由于在 IGV 前方增设了一个巨大且转速相对较慢、不带 IGV 的大风扇,如同为汹涌的气流设置了一道缓冲屏障,有效减弱了脉冲波的产生,使得发动机内部噪音得到极大缓解。

综合来看,现代科技助力下的高涵道比涡扇发动机,从内外两个维度攻克了噪音难题,相较于早期喷气发动机,噪音水平大幅降低。
曾经外挂的静音套件,也只能在航空发展的档案资料中,见证那段为降噪而努力的过往岁月。
如今,飞机在蓝天翱翔时,愈发安静,既提升了乘客的飞行体验,也减少了对机场周边环境的噪音污染,航空领域正向着更绿色、更舒适的未来稳步迈进。
文本来源@科学火箭叔 的视频内容