未來電動飛機引擎為何讓人抓狂？科學家找出噪音元兇與解方

英國布里斯托大學與索爾福德大學的科學團隊，近期破解了邊界層吸入式(BLI)引擎令人不適的噪音成因。這項關鍵技術被視為未來電動與混合動力飛機的發展重點，但惱人的運轉聲卻可能影響大眾接受度。

發表於《npj Acoustics》期刊的最新研究，透過流體力學分析發現：當紊流邊界層氣流與旋轉風扇及導管元件相互作用時，會產生兩種令人不悅的聲學特徵。研究團隊將這種特殊噪音現象稱為「乾草堆效應」(haystacking)，意指紊流散射會使特定音調的能量分散到更廣的頻率範圍。

研究指出，在低推力狀態(巡航時)，較弱的風扇吸力讓機身邊界層氣流保持穩定。此時氣流吸入主要受機身曲率誘導的流場畸變影響，僅有葉尖會接觸低動量紊流結構。由於導管的聲學貢獻在此狀態佔主導地位，主要噪音機制來自紊流與導管內部聲場的互動作用，形成「導管乾草堆」噪音。

在高推力狀態(起飛時)，強勁的風扇吸力會擾動機身邊界層氣流，產生風扇誘導的流場畸變，使更大範圍的葉片接觸高動量、高度不穩定的紊流結構。這種強烈互動作用會導致「風扇乾草堆」噪音，即不穩定氣流被旋轉葉片反覆切割的現象。

主導研究的費羅茲·阿默德博士強調：「這兩種隱藏的聲學特徵，會讓未來嵌入式飛機引擎不僅大聲，更會產生令人煩躁的聽覺感受。我們的研究將紊流吸入模式與人類噪音感知連結，為工程師提供設計真正靜音飛機的工具。」

研究團隊採用高擬真風洞實驗，結合熱線測速儀、壓力感測器和遠場麥克風等精密儀器，成功將每種噪音特徵與其氣動成因及人類感知建立關聯。這些發現不僅適用於空客ZEROe等大型運輸機，也為都市空中交通(UAM)領域的電動垂直起降(eVTOL)飛行器提供設計指引，有助實現歐盟「飛行路徑2050」降低65%飛機噪音的目標。

目前團隊正著手開發氣動與聲學控制策略，以同時減輕風扇和導管的乾草堆效應。未來更計劃將這套分析方法擴充套件到其他涉及紊流吸入的推進概念，為靜音航空的未來鋪路。

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