企业风采丨十沣科技声学仿真软件助力民航客机降噪设计,让飞机客舱越来越安静

在实际工程中，客舱噪声问题具有明显的复杂性。一方面，噪声来源多样，涉及发动机、气动流动、空调系统以及机体结构振动等多个系统；另一方面，噪声传播路径复杂，噪声可能通过机身壁板、管道系统、设备舱以及出风口等多种结构进入客舱。长期以来，航空噪声控制设计主要依赖试验验证，这种方式不仅成本高、周期长，也难以在设计早期阶段识别关键噪声来源。同时，航空声学仿真软件长期依赖国外产品，国产化替代需求日益迫切。

1. APU停机坪噪声传播分析

飞机辅助动力装置（APU）在地面运行时会产生较为明显的噪声。为降低对机场环境及地勤人员的影响，通常会在 APU进气道中安装消声器（silencer），通过吸收声波并抑制声能传播，从而减少噪声向外辐射。

通过声传播仿真，可以分析噪声在进气系统中的传播特性，为消声结构设计提供重要依据。仿真过程中需要预测不同频率噪声在管道中的传播模式、声能衰减特性以及消声器结构对噪声的抑制效果。

事实上，在飞机上除了 APU 进气道之外，还存在大量类似的管道声学问题，例如：

这些系统通常同时涉及气流、噪声传播以及消声结构设计。因此，均可以采用 TF-Acoustics 的模态管道声学分析方法进行仿真计算，为航空噪声控制设计提供重要技术支撑。

TF-Acoustics中进气消声器模型示意图

100Hz、500Hz、1000Hz 进气消声器模声压实部云图

2. 飞机壁板隔声性能分析

飞机飞行过程中产生的噪声主要来自三类来源：发动机噪声、气动噪声（气流湍流）以及结构振动噪声。这些噪声会通过机体结构传播并进入客舱，对乘客和机组人员的舒适度产生影响。

机身壁板是客舱噪声控制的重要屏障，因此必须具备良好的隔声能力（Sound Transmission Loss），以降低外部噪声向客舱传播，从而提升乘客体验和客舱舒适度。飞机机身壁板通常采用多种结构形式，例如蜂窝夹层结构、复合材料面板以及多孔吸声材料等。

通过结构—声场耦合有限元分析，可以计算壁板结构的隔声量、共振频率以及声能传播特性，从而评估不同结构形式（如蜂窝夹层和复合材料壁板）的隔声性能，并为机身结构优化设计提供重要依据。

TF-Acoustics中航空壁板模型示意图

100Hz、200Hz、300Hz、600Hz、800Hz 航空壁板两侧声压幅值云图

3. 空调出风口声传播分析

飞机的空调系统通常称为环控系统（Environmental Control System，ECS），主要负责客舱供气、温度调节和压力控制。空气通过管道、阀门以及出风口等部件输送至客舱，在这一过程中可能产生气流噪声、涡流噪声以及管道传播噪声，并最终通过出风口（diffuser）进入客舱。

如果系统设计不合理，客舱内可能出现持续的气流噪声，且噪声能量往往集中在特定频率范围，从而影响乘客的乘坐体验。因此，需要通过声传播与声辐射分析，预测出风口噪声对客舱声场分布的影响，为空调系统的降噪设计提供依据。

现代飞机对客舱舒适度高度重视，客舱噪声水平通常需要控制在80dB 左右，而空调系统噪声是其中的重要组成部分。通过仿真分析，可以对出风口结构、管道布局以及消声器设计进行优化，从而有效降低系统噪声。

本案例验证了TF-Acoustics 在声传播分析方面的计算能力，包括管道声传播分析、开口结构声辐射分析以及舱内声场预测等。这些能力对于开展整机噪声预测与客舱声环境分析具有重要意义。

TF-Acoustics中出风口模型示意图

100Hz、500Hz、1000Hz 出风口声压实部云图

4. 客舱段声模态分析

所谓声模态（Acoustic Modes），是指封闭腔体内部在特定频率下形成的声学共振模式。在飞机设备舱、储罐等封闭腔体结构中，当外部激励频率接近腔体声模态频率时，可能产生声学共振，从而引发一系列工程问题，例如结构振动增强、噪声放大、液体晃动（sloshing）加剧以及结构疲劳风险增加。

通过声学模态分析，可以识别腔体的关键共振频率及其对应的声场分布特征，从而为结构设计优化和共振风险规避提供重要依据。

本案例验证了TF-Acoustics 在腔体声学模态分析方面的计算能力。该能力可进一步应用于多类航空工程场景，例如飞机燃油箱声学分析、客舱声学分析以及发动机腔体声学分析等，为解决各类飞机腔体声学问题提供可靠的仿真工具。

TF-Acoustics中客舱段声模态仿真模型

29.476Hz、46.817Hz、54.501 Hz 客舱段声模态云图

借助仿真分析，工程团队能够在设计阶段：

以上案例相关仿真结果已由用户技术团队进行对比验证，与用户既有声学仿真软件保持良好一致性，得到了用户工程师团队的认可。这表明 TF-Acoustics 在航空声学典型问题上的计算能力已具备工程实际应用价值。随着航空装备复杂度不断提升，声学仿真将在飞机设计中发挥越来越重要的作用，而国产声学仿真软件的发展也将为我国航空工业提供更优秀的自主可控工程工具。

TF-Acoustics是十沣针对国内声学仿真需求打造的一款全中文通用声学仿真软件。软件集成多种声学求解技术，包括声学有限元求解器、声学边界元求解器以及声固强耦合求解器，并提供完善的前处理建模能力以及灵活丰富的后处理数据分析与可视化功能，可支持振动噪声分析、气动噪声分析、声学模态分析以及多场耦合声学问题等多类复杂声学仿真场景。

作为声学基础研发平台，除航空航天领域外，TF-Acoustics还可广泛应用于船舶与海洋工程、汽车与轨道交通、建筑与环境工程、电子电器以及机械制造等行业。通过高精度声学仿真与高效计算能力，帮助工程团队优化产品性能、降低研发成本，并加快产品创新与迭代。