当你乘坐飞机，飞机起飞或降落起时，空姐会递来一颗糖果，让你嚼着吃，这不仅是贴心的服务，还是对抗航空噪声的巧妙设计——咀嚼的动作可缓解耳压与噪声刺激，同时在一定程度上维持耳部压力稳定。然而，飞机轰鸣背后，隐藏着更深层的挑战：高强度噪声不仅损害乘客和机组人员的身心健康，更影响飞机结构的安全和机载精密仪器的性能，威胁飞行安全。为应对这一挑战，世界各国的航空管理机构和国际组织纷纷制定飞机噪声标准，国际第五代噪声适航规章标准严苛如铁，而我国直至2023年才全面采用，技术差距亟待追赶，成为了我国大型飞机进军国际市场的技术壁垒。
在此背景下，国家级青年人才、西北工业大学航空学院周杰教授，就主要从事航空噪声预测、声学超材料、仿生降噪设计等研究。为解决国家航空装备降噪需求，他聚焦飞行状态下降噪材料结构设计方法不完备、强约束条件下先进复合航空降噪结构设计难、现有航空降噪材料结构降噪模式单一等航空降噪中的难题开展研究，开展飞行状态下航空降噪材料与结构设计，突破传统降噪设计的局限性，为我国航空飞行器降噪设计，解决装备发展中的卡脖子问题提供学术支撑。周杰助力我国大飞机发展及未来航空装备的低噪声设计，在航空降噪领域开辟出了一条科技报国之路，成为空中的“调音师”。
科研逐梦志高远 降噪设计谱新篇
周杰，一个在学术道路上不断攀登的追梦人。他本科毕业于西安交通大学工程力学专业，硕士毕业于哈尔滨工业大学一般力学专业。2010年，他远赴英国南安普顿大学深造攻读博士学位，进入全球顶尖的航空噪声研究团队。这段求学经历，不仅为他打下了坚实的理论基础，更拓宽了他的国际视野，让他在科研的道路上走得更远、更稳。
博士毕业后，周杰并未停下脚步，在空客噪声中心与香港科技大学先进飞行器噪声中心继续深造，将理论知识与工程实践紧密结合。他深知科研的最终目的是服务于国家、服务于人民，当国家需要他时，他毅然地选择回国，投身于我国航空飞行器降噪设计的研究中。
2019年，周杰加入西北工业大学航空学院从事科研和教学，短短数年，他主持国家自然科学基金、国家级青年人才项目、国家部委项目等20余项，成果丰硕，影响深远。面对国外严苛的噪声适航标准，他带领团队围绕飞行复杂环境下飞机结构噪声预测与降噪设计方法展开了深入研究。他们建立了巡航状态下外部噪声通过机体壁板进入飞机舱内的理论模型，解决了复杂流动下现有声学超结构声阻抗表征不准确、波控角度畸变等问题，提出了飞行条件下降噪结构设计与评估方法，以及声载荷的高精度识别。
在飞行状态下壁板隔声的研究中，周杰团队分别建立了巡航时发动机噪声和湍流边界层噪声通过机体壁板进入飞机舱内的理论模型，实现了舱内噪声水平的快速评估，并揭示了流动对舱壁结构各种声学特征频率的影响规律。他们还开展了机体壁板在飞行条件下的多目标优化研究，获得了飞行高度、内外压力差等因素对舱壁降噪优化的影响规律，为中航工业一飞院开发了一套优化程序。此外，他们还开发了一种在全频段具有优秀隔声性能的纳米颗粒增强碳纤维双壁板结构，为降噪设计提供了新的思路。
在流动下降噪结构设计与性能预测方面，周杰团队建立了流动条件下声学超材料声场预测模型，拓展了流动下广义斯涅耳定律，揭示了马赫数及雷诺数对声学超材料声学性能的影响机制，提出了考虑外部流动马赫数及雷诺数影响的声学超材料设计方法。他们还构建了粘性剪切流动下的等效声阻抗计算模型，并基于多模态方法发展了带声衬结构管道声场预测模型，有效评估了声衬结构流动下的降噪性能。这些研究成果，为后续新型声学结构在气动噪声问题中的应用奠定了理论基础。
先进结构巧设计 航空降噪启新程
随着航空装备向高集成化方向演进，舱内狭小空间对降噪结构的厚度限制愈发严苛，而低频噪声抑制的需求却持续增加。传统的降噪方案面临诸多挑战，如多孔吸声材料需要通过大厚度堆叠来提升低频效率，导致飞行器的有效空间显著降低;声学超材料虽具有亚波长声波调控能力，但其周期排布规律与复杂曲面结构存在几何适配性问题。针对这些问题，周杰带领团队开展了先进航空降噪结构设计的研究。
他们建立了三维声学超表面和曲面声学超表面声场理论预测模型，揭示了单元空间排布以及结构曲率对声学超构材料的影响规律，提出了宽频强吸声的超表面结构的周期尺度约束条件。基于航空超轻多孔材料，他们设计了多型适用于航空飞行器噪声抑制的新型降噪结构，突破了现有航空多孔材料的降噪极限，解决了狭小空间下航空飞行器低频噪声抑制难的问题。他们还改进了多孔宏-微观参数关联模型，实现了对多种泡沫材料的低成本快速声学表征，并开发了基于CNN-GA的混合优化框架，实现了对超泡沫结构的加速逆向设计。
这些研究成果，不仅提高了降噪结构的性能，还降低了成本，为航空飞行器降噪设计提供了新的解决方案。它们被广泛应用于大飞机、直升机、水下装备等国家重大装备的新型降噪设计中，相关技术也应用于国家电网、陕西省天然气公司等重要民生领域的减振降噪中，取得了显著的社会效益和经济效益。
多机制材料巧融合 降噪创新领风骚
低频噪声的高效控制是航空装备减振降噪技术发展的关键瓶颈。传统吸声材料的声能主要通过热黏性进行耗散，但低频声波具有较长的波长和高穿透性，多孔材料孔隙尺度与声波尺度不匹配导致粘滞损耗效率急剧下降。针对这一问题，周杰带领团队开展了多机制降噪材料结构设计的研究。
他们探索了新型的声能转换和耗散机制，以打破传统多孔材料只能通过粘滞、界面摩擦和结构阻尼效应来实现声能耗散的局限性。他们建立了可预测具有压电效应的新型多孔压电泡沫材料吸声性能的声学理论模型，揭示了多孔压电材料声学性能优于传统多孔材料的声能耗散机理。他们还设计了一种具有轻质、超薄的声能摩擦纳米发电机，有效解决了声能收集和转换效率低下的问题。此外，他们还提出了一种纳米纤维薄膜复合多孔材料的新型仿生复合吸声结构，大幅度提升了原有泡沫材料的吸声性能。
在结构功能一体化的多功能声学超材料研究方面，周杰团队聚焦于声学超材料的声学、振动和力学等多功能集成特性研究，发展了先进声学降噪材料的多功能设计方法。他们提出了基于仿生的手性多功能声学超材料，通过构建的声阻抗理论模型深入揭示了其声能耗散机制。通过隔振和减振模拟及实验测试，他们验证了其低频隔振和面内弹性波衰减性能。这些研究成果，为有限空间内实现低频声振一体化的高效降噪提供了一种全新的技术方案。
科研报国志不渝，砥砺前行创辉煌。站在新时代航空技术的潮头，周杰的目光投向了更深远处，未来，他将继续带领团队深耕航空噪声研究领域，不断探索新的降噪技术和方法，为我国航空事业的蓬勃发展贡献更多的力量。相信在周杰的带领下，我国的航空飞行器降噪设计将迎来更加辉煌的明天。
“航空噪声研究是一场与分贝的马拉松，每个突破都是对舒适与安全的承诺。”周杰如是说。在他心中，科研不仅是理论和技术的推导，更是护航大国重器翱翔九天的使命担当。当更多中国大型飞机划破云霄的轰鸣渐趋静谧，世界听见的，是中国智造的低吟浅唱。
文：张霞
来源：西北工业大学供图供稿
(责任编辑：沈晔)
