低空飞行器的降噪除了采用优化结构设计，优选动力系统（发动机和螺旋桨）的方法外；先进功能新材料的发展也给低空飞行器的减振降噪带来了许多积极影响。
先进功能新材料包括了碳纤维材料、新型阻尼减振材料、新型发泡金属吸声材料、声学超构材料等，已经越来越多地用于航空工业。
由于大多数的低空飞行器将以电池为动力系统，所以飞行器的轻量化在多个方面都是必要的。复合材料符合其减重需求，其重量占比水平可达到70%以上。主要应用于结构部件和推进系统（75-80%），其次为内部横 梁、座椅结构等（12-14%）；电池系统、航空电子设备和其他小型应用 （8-12％）。在复合材料使用量上，超过90%的复合材料是碳纤维，大约10% 的复合材料将以保护膜的形式使用玻璃纤维增强。
复合材料在低空飞行器上的应用
e-VTOL大量使用碳纤维复合材料
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碳纤维复合材料
碳纤维复合材料，整机机身使用碳纤维复合材料一体成型技术，重量更轻，强度更大，刚性更好。其轻质特性有助于降低飞行器整体重量，减少因结构重量带来的振动和噪声；飞行器大量采用碳纤维复合材料、阻尼夹层结构或主动吸振装置，抑制结构振动噪声传播。同时，碳纤维的高强度能够保证飞行器结构的稳定性，在飞行过程中减少因结构变形产生的噪声。例如，小鹏旅航者 X2 的旋翼桨叶使用碳纤维环氧树脂基复合材料，峰飞 eVTOL 智能飞行器 V400 整机机身使用碳纤维复合材料一体成型技术。
小鹏旅航者 X2
峰飞V400 信天翁
在低空飞行器的机身、发动机舱、座舱等部位使用高性能的吸声材料和隔音材料，能够降低乘客舱内的噪声，提高乘坐的舒适性，不仅能够减少外部噪声对飞行器内部的影响，同时也能降低飞行器自身产生的噪声向外部环境的传播。行业角度看，多孔材料特别是聚合物泡沫，是众多现有声振功能材料中最有效的吸音材料之一。
02
芳纶纤维
芳纶纤维，全名为“芳香族聚酰胺纤维”，英文名为Aramid fiber，位列世界三大高科技纤维之一，与碳纤维、高强高模聚乙烯纤维齐名。芳纶纸蜂窝芯材质量轻、弯曲刚度和强度大、抗失稳能力强，并且具有减重、降噪、防火阻燃等特性。芳纶纤维可用于低空飞行器的内部结构件，如机身的夹层结构、机翼的填充材料等。其独特的蜂窝结构能够有效吸收和散射声波，降低飞行器内部的噪声传播。此外，芳纶纸的轻量化特点也有助于减少飞行器的整体重量，间接降低噪声。目前，芳纶纸蜂窝芯材在低空飞行器上的用量很大，大约为每架60kg。
芳纶纸蜂窝芯材及其在航空器上的应用
其他的吸隔声材料还包括，新型发泡金属材料、气凝胶材料、纳米多孔材料、新型声学超构材料、生物基复合材料等。
03
新型发泡金属材
新型发泡金属材料的内部具有大量微小的孔隙结构，这些孔隙可以使声波在材料内部不断反射、折射和散射，从而将声波的能量转化为热能，达到吸声降噪的效果。能够用于低空飞行器的发动机舱、进气道、排气道等部位，有效吸收发动机产生的噪声以及空气流动产生的噪声。与传统的吸声材料相比，新型发泡金属材料具有更好的耐高温性能和机械强度，能够适应低空飞行器复杂的工作环境。
新型发泡金属材料
新型泡沫铝复合板（东北大学）
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气凝胶材料
气凝胶材料是一种具有纳米多孔结构的材料，它的孔隙率极高，可高达 99% 以上。这种特殊的结构使得气凝胶具有极低的密度、良好的隔热性能和优异的吸声性能。其内部的纳米孔可以有效地散射和吸收声波，将声能转化为热能，从而达到降噪的目的。而且气凝胶材料还具有良好的化学稳定性和热稳定性。在低空飞行器中，可以将气凝胶材料用于飞行器的隔热和降噪系统。例如，将气凝胶毡或气凝胶板放置在发动机舱周围，既可以起到隔热作用，防止发动机热量对其他部件的影响，又能够吸收发动机产生的噪声。也可以将气凝胶材料应用于座舱的隔热和降噪，如制作座舱的内饰衬板，有效降低外界传入座舱的噪声，为乘客提供更安静的环境。
铝硅透明气凝胶（南京大学）
气凝胶隔声材料
（英国巴斯大学）
05
生物基复合材料
生物基复合材料是以天然纤维（如麻纤维、竹纤维等）和生物基树脂为原料制备而成的材料。这些天然纤维具有良好的吸声性能和机械性能，而生物基树脂具有环境友好、可再生的特点。生物基复合材料的密度通常较低，能够减轻飞行器的重量。它通常可以应用在在低空飞行器的内饰部分，如座椅、侧壁内饰板等，可以使用生物基复合材料。其天然纤维可以有效地吸收座舱内的噪声，同时，这种材料的可再生性符合现代环保理念，有助于实现低空飞行器的可持续发展。例如，竹纤维增强的生物基复合材料可以用于制作飞行器的座椅靠背，吸收乘客周围的噪声，提高乘坐舒适性。
SUNCELL高强生物基纤维
竹纤维复合材料
生物基纤维塑料复合材料（德国开姆尼斯工业大学）
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纳米材料
纳米材料因其独特的微观结构和物理化学性质，在吸声降噪方面具有巨大的潜力。例如，纳米多孔材料具有极高的比表面积和孔隙率，能够更有效地吸收声波能量。含有纳米颗粒的涂料还可以部件表面的粗糙度，减少空气流动和机械摩擦产生的噪音。纳米粒子可以作为添加剂添加到传统的材料中，提高材料的吸声降噪性能。或者通过特殊的工艺制备成纳米吸声涂层，涂覆在飞行器的表面，能够在不增加过多重量的情况下，显著降低飞行器的气动噪声，在发动机部件（例如螺旋桨叶片）上应用纳米涂层，能够减少发动机运行时产生的噪声，同时能够对其起保护作用。
一种具有降噪性能的纳米涂层材料及其声吸收性能
（中国海洋大学）
在低空飞行器的设计过程中，不仅仅是降噪设计，振动控制也至关重要，下期将谈谈低空飞行器在减振设计中常用到的一些先进阻尼材料。同时，也讨论一下最新的声学超构材料在低空飞行器减振降噪中的应用价值。
文章来源：国际声学产业技术研究院
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