新型环保无声飞机的概念设计

张翰

北京市海淀实验中学

新型环保无声飞机的概念设计

张翰

北京市海淀实验中学

如今，飞机产生的噪音已经成为了不可忽略的噪声污染之一，给环境带来了极大的污染，也给居民生活带来了诸多不便。自飞行器诞生以来，人们便在减噪的领域不断努力着，该论文将阐述一种运用从猫头鹰无声飞行中得到的启发来进行减噪的方法，并初步对这种飞行器的设计进行合理化的构想，希望能推动该领域的发展，如果技术条件允许，可将这种无声飞行器的概念设计付诸实际。

无声飞行；仿生技术；新型机翼

引言

无声飞行必将是飞机制造领域的一个重要组成部分，飞机的减噪对飞机发展、环境保护都有着极其重要的作用。自飞机诞生以来的一百多年间，飞机的发展极其迅速，无论是性能还是外观都有了质的飞跃，其中，对于飞机飞行过程中噪声的减弱，一直是一个问题。

无声飞行有着很大的实际意义，在很多领域都有着广泛的应用。在军事方面，无声飞机可用于军事侦察，例如，小型的无声飞行器潜入敌方基地，可以不费一兵一卒的刺探敌方情报，并且战斗机的减噪也是有利于隐蔽行踪。另外，无声飞机在民用方面也有着十分广泛的应用，无声飞机的实现可大大减少机场附近的噪声污染，从而促进机场周边的基础设施建设，并减少环境污染，这对于城市建设是十分有益处的。

一、背景介绍

在当今时代，世界上的军用和民用飞机都处在飞速发展的时期，航空运输已经成为越来越普遍的交通与运输方式。而由于飞机速度的提升，飞机在飞行过程中的噪声越来越大，而在日常生活中，常规的客机的噪声一般都在90dB左右。而在军事上，如果飞机噪声过大，会增大暴露自身目标的可能性，所以人们对于飞机的飞行与起落噪声要求越来越苛刻，这样，飞机的噪声就成为一个日渐突出的问题。

目前，飞机主要的降噪手段是同步降低飞机后缘、起落架、增升装置部分的噪声源的噪声水平，如改变飞机后缘与前缘机翼的结构，消除机翼后部的凸起结构，改变起落架的构造，并通过环量控制、变形机翼、改变操作状态等方式降低噪声。还有通过添加动力吸振器，设计微穿孔板消声结构等方式来降低飞机飞行时的噪声。

二、设计理念

本文的无声飞机机身将采用流线型设计，在保证速度的前提下尽量减小空气振动所产生的噪声。本文充分利用仿生学，利用大自然的智慧，剖析猫头鹰无声飞行的特点，将无声飞机变为可能，选用锯齿状设计，减弱飞机在飞行过程中机翼后缘产生的涡流，从而进一步减小飞行产生的噪声。在能源选择方面可选择新型能源，减少飞机所产生的污染，提高燃烧效率，降低成本，做到真正的节能环保。如此，通过对猫头鹰的研究，加上对于动力系统的改进，我们便可能设计出无声飞机，从而给生活带来更多便捷。

无声飞机仍采用传统飞机机翼的布局形式，但在机翼的设计上将采用不同的方案，充分利用仿生学的技术，采用新型材料，来达到减噪减振的目的，并考虑造价，提高飞机的经济实用性。

（一）仿生学的应用，形成设计理念

猫头鹰的翅膀具有很多其它鸟类都不具备的特点，这些特点赋予了它无声飞行的特点，使它成为了隐形的杀手。观察猫头鹰飞行，可以明显发现猫头鹰的翅膀的两个结构特点：首先，是猫头鹰翅膀上羽毛与其他鸟类有所不同，在后缘部分，分布着很多类似于锯齿状的结构；其二，猫头鹰翅膀上的其它地方虽然没有锯齿状的结构，但都有柔软的绒毛所覆盖。这些结构赋予了猫头鹰无声飞行的本领，这也是为什么猫头鹰能够悄无声息的接近猎物的原因。本文设计的概念飞机着重于其机翼的设计，利用仿生技术，在通过对猫头鹰翅膀的研究，初步设计出一种带有锯齿状突起的机翼，进而起到一定的减噪效果。

（二）采用新型材料，使其减重减噪

采用新型材料，降低飞机重量，减少其能耗，并降低飞机飞行过程中的振动，使飞行更加平稳。这样一来，可使飞机更加的节能环保，并在降低飞机表面空气振动的基础上，进一步的减少飞机产生的噪音。

三、无声飞机结构设计

（一）机身设计

利用仿生学原理，采用流线型设计，减小飞行时的空气阻力，提高速度。采用新型材料，降低飞行过程中机身表面的空气振动，降低飞行速度对于噪声产生的影响。

（二）侧翼设计

根据猫头鹰翅膀上的初级羽毛呈锯齿状排列的特点，在机翼后缘加装锯齿状的突起，改变空气流动的角度，降低飞行过程中机翼后缘产生的涡流的影响，可有效的降低飞机起降过程中产生的噪音。同样可以将发动机中的涡轮叶片的后缘设计为锯齿状，此举将有效的降低发动机所产生的噪音，此原理还可以应用到风扇的减噪设计当中，已有研究证明这对于风扇减噪起到了作用。

（三）尾翼设计

在尾翼的设计上同样可采用加装锯齿状突起的方法，但由于尾翼产生的噪音的比重不是很大，所以还可采用在表面设计一些波浪状的凹槽，使空气分流，减少尾翼后端产生的涡流，降低其产生的噪音。

四、无声飞机动力设计

（一）发动机设计

该飞机仍采用涡轮风扇发动机，但是将风扇后端改为锯齿状，以减少其运行过程中产生的噪声。在能源方面选择污染低，燃烧效率高的新型能源，减少环境污染，节约成本。在材料选择上，可选择耐高温、重量轻的材料，进一步提高发动机的工作效率。

（二）太阳能电池板

出于对能源紧缺的考虑，可以在不影响飞行性能的前提下在一些部位加装太阳能电池板，减少燃料的使用，这样可以有效的降低飞行过程中的污染和能耗。

五、发展前景与展望

减噪一直是飞行器设计中要重点考虑的一个问题。机场每日起降航班数的上限是与噪音等级有关联的，如果能解决飞机在起降时的噪音问题，机场的噪音水平下降，那么机场每日起降的航班数就可以增多。这样一来，机场的客流速度就可以加快，机场的运营效率就会提高，这对一些客流量大的大型机场是十分有益的。此外，减噪在军事方面的用途更是不言而喻，无声飞行在侦察时可派上大用场，可以悄无声息的刺探情报。由此看来，尽管还有很多问题亟待解决，无声飞行的前景必然一片广阔。它涉及的领域广泛，可以造福很多行业。

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