各國對飛機噪聲的要求和限制

1、適航噪聲限制的開展預測1 .引言適航噪聲水平不僅是影響大型客機能否取得適航證的關鍵因素之一,同時也是決定其市場競爭力的主要性能參數之一.因此就需要對大型客機適航噪聲限制開展趨勢進行預測和把握.由于商用飛機在運營過程中,其適航噪聲問題不僅涉及到適航條例本身,而且涉及到飛機制造商、航空公司、機場以及機場周圍的居民.適航條例規(guī)定了飛機的最大噪聲限制；飛機制造商采用相關技術,在保證生產的飛機滿足適航噪聲要求的同時,盡可能使飛機的適航噪聲最??；航空公司那么希望所購置飛機的噪聲水平不會增加其運營本錢；機場那么不希望因飛機噪聲問題而被投訴或引發(fā)民事訴訟,因此對航空公司的飛機提出更為苛刻的噪聲要求；機場周圍的

2、居民那么希望飛機噪聲不影響其正常的休息和生活.民航治理當局在制定適航噪聲條例時,不僅需要考慮當前及未來一段時期內商用飛機適航噪聲的總體水平,而且還需要從環(huán)保方面考慮人們對機場周圍低噪聲污染的需求.只有這樣才能制定出切實可行的適航條例.鑒于此,在預測大型客機適航噪聲限制的開展趨勢時,需要從以下幾個方面進行分析：1國際民航組織適航噪聲條例的開展歷程；2大型客機適航噪聲總體水平的開展歷程；3人們對機場周圍噪聲環(huán)保要求的開展歷程.希望通過對上述分析,根據過去和現(xiàn)在的情況總結出未來五到十年間適航噪聲限制的開展趨勢.2 .適航條例中規(guī)定的第三、四階段噪聲限制在FAR36部和ICAO附件16第一卷條例中對各

3、類民用運輸機的飛機適航噪聲第三階段和四階段噪聲限制都做出了描述.我們大型客機將采用兩臺發(fā)動機,因此,下面只對雙發(fā)情況下第三階段和四階段噪聲限制簡要描述如下.2.1 第三階段噪聲限制雙發(fā)1對于橫側噪聲測量點最大重量等于或大于400000公斤882000磅時為103EPNdB并隨質量減小的對數線性減小,直到最大重量等于或小于35000公斤77200磅時為94EPNdB2對于飛越噪聲測量點：最大重量等于或大于385000公斤850000磅時為101EPNdB并隨質量減小的對數線性減小,直到最大重量等于或小于48100公斤106250磅時為89EPNdB3對于進場噪聲測量點：最大重量等于或大于2800

4、00公斤617300磅時為105EPNdB并隨質量減小的對數線性減小,直到最大重量等于或小于35000公斤77200磅時為98EPNdB表1第三階段各測點噪聲限制計算方法飛機適航噪聲計算公式Mm.<M<Mmax>Mmax橫側噪聲級EPNdB94103+8.51mlgM/M：ax103飛越噪聲級EPNdB89101+13.29MlgM/M：ax101進場噪聲級EPNdB98105+7.75MlgM/Mmax105主:對橫側噪聲級：Mmin=35000,Mmax=400000；對飛越噪聲級：Mmin=48100,Mmax=385000；對進場噪聲級：Mmin二35000,Mmax

5、=280000.單位：kg115(里NdllJ>冢匿亭io5最大重皆圖1第三階段各測點的噪聲限制與最大重量的關系2.2第四階段噪聲限制1各測點噪聲限制均滿足第三階段要求；2橫側、飛越及進場三個噪聲測量點上的裕度之和不低于10EPNdB3橫側、飛越及進場三個噪聲測量點上,任意兩個測量點上的裕度之和不低于2EPNdB260250.51010最大重量(kg)ooooO3130292327mPNd山?亞里K蜜圖2第三階段及第四階段總噪聲限制比照3 .ICAO附件16第一卷的開展歷程分析1971年4月2日,根據1944年于芝加哥召開的國際民航大會37款之規(guī)定,首次會議通過了飛機噪聲標準及推薦實施方

6、法,并指定為大會的附件16.這就是ICAO附件16的最初版本.在1971年到1981年的十年間,對附件16又分別進行了四次修訂,并公布了三個版本,具體情況見表2.表21981年以前附件16的修訂情況AmendmentSource1stEditionSpecialMeetingonAircraftNoiseintheVicinityofAerodromes(1969)1FirstMeetingoftheCommitteeonAircraftNoise(CAN)Noisecertificationoffutureproducti2ThirdMeetingofCANNoisecertificatio

7、noflightpropeller-3(2ndEdition)FourthMeetingoftheCANNoisecertificationstandardsforfutuenoperatingontheground.4(3rdEdition)FifthMeetingoftheCANIntroductionofanewparameterviz,ninateinconsistencies.5(Annex16,VolumeI1stEdition)SixthMeetingoftheCAN1.AnnexretitledEnvironmentalPro2.IntroductioninVolumeIofn

8、oiseceenttobringtheAnnexinlinewithAnn從表2中可以看出,1981年前適航噪聲條例的開展情況,其中與亞音速噴氣式飛機相關的修改內容如圖3所示.同時,還通過了將1978年公布的附件16第三版AircraftNoise保存作為新附件16第一卷的決議,而第二卷那么包括有關飛機發(fā)動機排污方面的各項決議.至此,確定了飛機噪聲作為附件16第一卷的形式.在這之后,附件16第一卷共進行了7次修訂,具體情況見表3.表31981年以后附件16第一卷的修訂情況AmendmentSource1ThirdMeetingofOperationsPanel(OP)2SeventhMeeti

9、ngoftheCAN3(Annex16,VolumeI2ndEdition)FirstmeetingoftheCommitteeonAviationEnvironmentalProtection(CAEP);studybytheAncePanel4(3rdEdition)SecondMeetingoftheCAEP;SeventhMeetingoftheCAN;FifthMeetingoftheOP5ThirdMeetingoftheCAEP6FourthMeetingoftheCAEP7FifthmeetingoftheCAEP;Annex6,Amendment26從表3中可以看出,在形成附

10、件16第I卷之后,隨著測試技術的進步,每一次的修訂案中幾乎都涵蓋了對測試程序的更新,而與亞音速噴氣式飛機相關的主要是第7修訂案中,對渦噴及重型螺旋槳飛機提出了更為嚴格的噪聲要求,形成了新的第4章,也就是通常所說的第4階段噪聲限制.從整個有關飛機噪聲的適航條例開展過程可以看出,初期,由于各方面經驗的缺乏以及測試技術的限制,對于適航條例的修訂主要集中在對各種飛機的種類劃分及噪聲限制的制定方面；而在飛機噪聲作為附件16單獨的第I卷之后,條例的修訂那么更多的集中在測試程序方面,而對噪聲限制的修改較少.但是,還應當看到,除了在2001年的第7修訂案中對亞音速噴氣式飛機的噪聲限制提出更加嚴格的要求之外,還

11、對直升機噪聲也提出了更加嚴格的限制,而在1999年的第6修正案中,對單發(fā)螺旋槳飛機同樣提出了更加嚴格的限制.這就說明,適航當局對飛機制造商生產的各種飛機都提出了更高的適航噪聲要求.對亞音速噴氣式飛機而言,附件16提出的第三階段噪聲限制執(zhí)行了30年的時間,而進入21世紀之后,世界各國人民的環(huán)保意識有了飛速的開展,面對這樣的形勢和壓力,相信在不遠的將來,ICAO一定會縮短第四階段噪聲限制的執(zhí)行周期,而提出更加嚴格的第五階段噪聲限制.4 .大型客機適航噪聲水平的開展從1958年開始,隨著波音707飛機首次成功飛越大西洋,民用航空開始進入噴氣式飛機時代.經過50年的開展,大型客機各方面的性能都得到了相

12、當大的提升.其中,亞音速噴氣式飛機的適航噪聲水平隨著發(fā)動機噪聲級的降低,以及飛機氣動性能的提升也得到了很大的改善.圖4給出的是不同年代生產的大型客機的適航噪聲水平開展趨勢.由于不同系列下有不同的型號,而且不同型號下又有假設干種不同起飛重量、不同發(fā)動機的具體機型,因此,將各個系列下不同型號的適航噪聲與第三階段噪聲限制的裕量進行了平均,如對于B737系列而言,分另I對B737-300/-400/-500/-600/-700/-700C/-800/-900等型號均進行了平土勻,因而得到圖4中所示的多個結果.從圖4中可以看出,根據給出的大型客機適航噪聲開展趨勢,平均每10年,大型飛機適航噪聲約降低6E

13、PNdB,到2021年,大型客機適航噪聲將比第四階段噪聲限制低18EPNdB以上.另外,從圖4中可以看出,代表當前最高技術水平的A380飛機,其適航噪聲比第4階段噪聲限制低18EPNdB左右.這一方面為其他飛機制造商的技術水平提出了挑戰(zhàn),另一方面那么為適航當局進一步提升噪聲限制要求提供了參考.ooO000123-度?？偟闹葡蘼曉攵坞A三第19501960197019801990200020212021飛機適航取證時間年.A300.A310A320A330.A340.A3801B707B717.B727B737B747*B757B767B777-40.0圖4大型客機適航噪聲水平開展趨勢另外,借助圖

14、4中的大型客機適航噪聲水平開展趨勢線,可以看出：1在1968年左右,亞音速噴氣式飛機的適航噪聲總體水平就已經滿足了第三階段噪聲限制要求,而在1977年開始執(zhí)行第三階段噪聲限制；2在1986年左右,亞音速噴氣式飛機的適航噪聲總體水平就已經滿足了第四階段噪聲限制要求,而在2001年提出第四階段噪聲限制,并于2006年開始執(zhí)行；3在2002年左右,亞音速噴氣式飛機的適航噪聲總體水平就已經比第四階段噪聲限制要求低10EPNdB,而14年后的2021年左右,有可能提出第五階段噪聲限制.5 .機場周圍噪聲環(huán)境要求的開展無論對于客運還是貨運而言,航空運輸都已經成為一種重要的運輸方式,而2007年ICAO公布

15、的數據顯示,當年航空的旅客發(fā)送量到達了20億人次以上.隨著航空運輸業(yè)的快速開展,也帶來了一些社會問題,其中非常突出的一點就是機場周圍的噪聲污染.而早在1960年荷蘭就出現(xiàn)了世界上第一個“反噪聲委員會來抵抗新一代的噴氣式飛機給Kaagbaan機場帶來的嚴重的噪聲問題.由此,在進行機場建設時,噪聲問題也被越來越受到重視,而歐洲委員會也對噪聲評估提出了指導方法.圖5給出的是截止2021年,世界范圍內采取不同噪聲限制方式的機場數量增長曲線.可以看出,在1997年后,越來越多的機場開始提出噪聲限制的要求并制定噪聲限制程序.圖中NAP指NoiseAbatementProceduresCurfewsOper

16、aungQuolagch3Fficsnexins-Jcise二廿NoseLiniifcsIGJgewJWEnN圖5機場噪聲限制的增長近些年,許多國家的大型機場都提出了各自的噪聲限制、運營配額或噪聲罰款,尤其對于夜間(23:0007:00)起降的飛機提出了嚴格的限制.其中,英國倫敦的Heathrow、Gatwick及Stansted機場,均采用噪聲配額數(QuotaCount)方法,簡稱QC系統(tǒng),把各種飛機劃分成不同的QC等級,以限制不同噪聲水平的飛行時間.當前采用的QC系統(tǒng)是基于1991年在達成關于第二階段飛機禁飛問題的國際協(xié)定前完成的飛機噪聲分析,并在1993年正式形成并開始啟用.為了便于描

17、述,QC系統(tǒng)借用適航噪聲采用的EPNdB進行等級劃分,其與EPNdB之間的關系見表3,而起飛及著陸時的QC等級與適航噪聲之間的關系為：起飛的QC等級由飛越和邊線有效感覺噪聲級的算術平均值決定；而著陸的QC等級那么由進場有效感覺噪聲級減去9EPNd瞅定,這是由于通過對一般的渦噴飛機適航噪聲的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),著陸時的噪聲要比起飛時大11EPNdB左右,采用比擬保守的9EPNdB來消除這種差異,可以更加方便地利用QC等級來描述飛機適航噪聲的大小,而不必強調到底是著陸還是起飛狀態(tài).同時,9又是3的倍數,這對以3EPNdB來劃分等級的QC系統(tǒng)也是比擬適合的.隨著飛機整體噪聲水平的降低,QC系統(tǒng)會出現(xiàn)新的等級,

18、如QC/0.125,來適應開展的要求.表4QC與EPNdB的關系QuotaCount適航噪聲級(EPNdB)16>101.9899101.949698.929395.919092.90.58789.90.258486.90(Exempt)<84目前,Airbus及Boeing在進行長航程飛機設計時,都將QC/2限制作為其預定設計目標,而QC/2要比ICAO規(guī)定的第四階段噪聲限制還要低.根據QC等級的不同,不同飛機在夜間的限飛時間是不同的,越安靜的飛機獲得的許可飛行時間越長,反之越短,而等級為QC/8及QC/16的飛機在23:0007:00期間是禁飛的.具體的時間限制如圖6所示.RE

19、STKCrOX5iQ?7SCHEDULr<-GOFQC3&翔EKDISPEXSATtONRULESAPPLYPERIODSrCliTQIOTAPERIODQCaJt6EAEtLYAEiRJi.-ALiSTA.QOTOKAY-SUBJECTTOMONITORINGALLEXCEPTQCS*L6CAJCBE$CKE&VLED-COUNTAGAINSTAXDQWOTALIMITNOTEAERLEESHAVEAOE£EDTQAVOLVNTAKYBANWSCHEDVLrX-GOF(X4ARCRAFTEKTHEN3GHTQUOTAPE3UODAIRCELkFTSTAM30B

20、OATA<«6OK-COUNT5AGAIXSTMmW'EEXTLIMITBUTNOTQUOTALIMITQCS&IfiCANONLYDE?AStTD；EXCEPT1ONALCJSCl'&TANCESOLY-SVBrECTTOHALODMAPPROVALLLRKCEFTQ18片LGCANBESCHEDULEDAr&CK.AFTSTAO6JCWITHATA<WOIOK,COUNTSAGAIN5TMOVEiiESTANDQUOTAminrsXIGHTPERIODRESTK1CTJDXSOJT&CHEDUL£<GOF

21、STARTQCSJs:JfiCA2Q：OTBESCHEDULEDQCS&DELAYEDDEPARTURESANDAR1KSAL5OK-KOEFFECTOKQUOTASUBJECTTOMONrromG圖6London機場不同QC級飛機的夜間飛行限制止匕外,德國Frankfurt機場,根據起飛適航噪聲的大小,將飛機劃分為8類,并收取相應的費用.表5為Frankfurt機場每次運營的噪聲收費情況.表5Frankfurt機場每次起降的噪聲收費情況噪聲等級01234567起降噪聲級(dBA)<68.9<71.9<74.9<77.9<80.9<83.9<86.9>87.0