各国对飞机噪声的要求和限制.doc

适航噪声限制的发展预测1 引言适航噪声水平不仅是影响大型客机能否取得适航证的关键因素之一，同时也是决定其市场竞争力的主要性能参数之一。因此就需要对大型客机适航噪声限制发展趋势进行预测和把握。由于商用飞机在运营过程中，其适航噪声问题不仅涉及到适航条例本身，而且涉及到飞机制造商、航空公司、机场以及机场周围的居民。适航条例规定了飞机的最大噪声限制；飞机制造商采用相关技术，在保证生产的飞机满足适航噪声要求的同时，尽可能使飞机的适航噪声最小；航空公司则希望所购买飞机的噪声水平不会增加其运营成本；机场则不希望因飞机噪声问题而被投诉或引发民事诉讼，因此对航空公司的飞机提出更为苛刻的噪声要求；机场周围的居民则希望飞机噪声不影响其正常的休息和生活。民航管理当局在制定适航噪声条例时，不仅需要考虑当前及未来一段时期内商用飞机适航噪声的总体水平，而且还需要从环保方面考虑人们对机场周围低噪声污染的需求。只有这样才能制定出切实可行的适航条例。鉴于此，在预测大型客机适航噪声限制的发展趋势时，需要从以下几个方面进行分析：1） 国际民航组织适航噪声条例的发展历程；2） 大型客机适航噪声总体水平的发展历程；3） 人们对机场周围噪声环保要求的发展历程。希望通过对上述分析，根据过去和现在的情况总结出未来五到十年间适航噪声限制的发展趋势。2 适航条例中规定的第三、四阶段噪声限制在FAR36部和ICAO附件16第一卷条例中对各类民用运输机的飞机适航噪声第三阶段和四阶段噪声限制都做出了描述。我们大型客机将采用两台发动机，因此，下面只对双发情况下第三阶段和四阶段噪声限制简要描述如下。2.1 第三阶段噪声限制（双发）1）对于横侧噪声测量点最大重量等于或大于400000 公斤（882000磅）时为103 EPNdB ，并随质量减小的对数线性减小，直到最大重量等于或小于35000 公斤（77200 磅）时为94 EPNdB 。2）对于飞越噪声测量点： 最大重量等于或大于385000 公斤（850000磅）时为101 EPNdB ，并随质量减小的对数线性减小，直到最大重量等于或小于48100 公斤（106250 磅）时为89 EPNdB ；3）对于进场噪声测量点： 最大重量等于或大于280000 公斤（617300磅）时为105 EPNdB ，并随质量减小的对数线性减小，直到最大重量等于或小于35000 公斤（77200 磅）时为98 EPNdB。表1 第三阶段各测点噪声限制计算方法飞机适航噪声计算公式横侧噪声级（EPNdB）94 103 飞越噪声级（EPNdB）89 101 进场噪声级（EPNdB）98 105 注：对横侧噪声级：,；对飞越噪声级：，；对进场噪声级：，。 （单位：kg）图1 第三阶段各测点的噪声限制与最大重量的关系2.2 第四阶段噪声限制1）各测点噪声限制均满足第三阶段要求；2）横侧、飞越及进场三个噪声测量点上的裕度之和不低于10 EPNdB；3）横侧、飞越及进场三个噪声测量点上，任意两个测量点上的裕度之和不低于2 EPNdB。图2 第三阶段及第四阶段总噪声限制对比3 ICAO附件16第一卷的发展历程分析1971年4月2日，按照1944年于芝加哥召开的国际民航大会37款之规定，首次会议通过了飞机噪声标准及推荐实施办法，并指定为大会的附件16。这就是ICAO附件16的最初版本。在1971年到1981年的十年间，对附件16又分别进行了四次修订，并公布了三个版本，具体情况见表2。表2 1981年以前附件16的修订情况AmendmentSourceSubjectAdopted Effective Applicable1st EditionSpecial Meeting on Aircraft Noise in the Vicinity of Aerodromes (1969)2 April 19712 August 19716 January 19721First Meeting of the Committee on Aircraft Noise (CAN)Noise certification of future production and derived versions of subsonic jet aeroplanes and updating of terminology used to describe aircraft weight.6 December 19726 April 197316 August 19732Third Meeting of CANNoise certification of light propeller-driven aeroplanes and subsonic jet aeroplanes of 5 700 kg and less maximum certificated take-off weight and guidance on discharge of functions by States in the cases of lease, charter and interchange of aircraft.3 April 19743 August 197427 February 19753(2nd Edition)Fourth Meeting of the CANNoise certification standards for future subsonic jet aeroplanes and propeller-driven aeroplanes, other than STOL aeroplanes, and guidelines for noise certification of future supersonic aeroplanes, propeller-driven STOL aeroplanes and installed APUs and associated aircraft systems when operating on the ground.21 June 197621 October 19766 October 19774(3rd Edition)Fifth Meeting of the CANIntroduction of a new parameter viz, number of engines in the noise certification standards for subsonic jet aeroplanes, improvements in detailed test procedures to ensure that the same level of technology is applied to all types of aircraft, and editorial changes to simplify the language and eliminate inconsistencies.6 March 19786 July 197810 August 19785(Annex 16, Volume I 1st Edition)Sixth Meeting of the CAN1. Annex retitled Environmental Protection and to be issued in two volumes as follows: Volume I Aircraft Noise (incorporating provisions in the third edition of Annex 16 as amended by Amendment 5) and Volume II Aircraft Engine Emissions.2. Introduction in Volume I of noise certification Standards for helicopters and for future production of existing SST aeroplanes, updating of guidelines for noise certification of installed APU and associated aircraft systems and editorial amendments including changes to units of measurement to bring the Annex in line with Annex 5 provisions.11 May 198111 September 198126 November 1981从表2中可以看出，1981年前适航噪声条例的发展情况，其中与亚音速喷气式飞机相关的修改内容如图3所示。最初版本提出最大起飞重量小于5,700kg的轻型喷气式飞机的适航噪声未来亚音速喷气式飞机的适航噪声取证标准及指导方针引入发动机数量这一参数，并细化测试程序以确保应用于各种飞机上的技术是同一级别的形成附件16第I卷图3 1981年以前有关亚音速喷气式飞机噪声适航条例修改内容随着飞机发动机排污控制方面标准及推荐实施办法发展的需要，有必要将有关环境保护方面的决议形成独立的文献。鉴于此，在1981年召开的第六次飞机噪声委员会会议上，通过了将附件16更名为“Environmental Protection”的决议。同时，还通过了将1978年颁布的附件16（第三版）Aircraft Noise保留作为新附件16第一卷的决议，而第二卷则包括有关飞机发动机排污方面的各项决议。至此，确定了飞机噪声作为附件16第一卷的形式。在这之后，附件16第一卷共进行了7次修订，具体情况见表3。表3 1981年以后附件16第一卷的修订情况AmendmentSourceSubjectAdopted Effective Applicable1Third Meeting ofOperations Panel (OP)Introduction of SARPs for noise abatement operating procedures and transfer of detailed procedures to PANS-OPS, Volume I.30 March 198329 July 198324 November 19832Seventh Meeting of the CANa)Improvements in the noise certification procedures;b) relaxation of maximum noise limits for helicopters.6 March 198529 July 198521 November 19853(Annex 16, Volume I 2nd Edition)First meeting of the Committee on Aviation Environmental Protection (CAEP); study by the Air Navigation Commission following a recommendation of the Obstacle Clearance Panela) further improvements in the noise certification procedures;b) introduction of a new Chapter 10 for propeller-driven aeroplanes not exceeding 9 000 kg maximum certificated take-off mass; c) editorial changes in Part V cross-referencing the relevant provisions in the PANS-OPS (Doc 8168).4 March 198831 July 198817 November 19884(3rd Edition)Second Meeting of the CAEP;Seventh Meeting of the CAN;Fifth Meeting of the OPa) improvements in the noise certification procedures;b) introduction of a new Chapter 11 for light helicopters;c) expansion of Appendix 2 to include helicopters and replacement of Appendix 4;d) introduction of guidance on applicability.24 March 199326 July 199311 November 19935Third Meeting of the CAEPa) simplification and clarification of the noise certification schemes in Chapter 3 for propeller-driven aircraft;b) harmonization of the helicopter Standards in Chapters 8 and 11 with national codes; c) alignment of the take-off mass in Chapter 10 with airworthiness limits.19 March 199721 July 19976 November 19976Fourth Meeting of the CAEPa) introduction of a new definition for human performance in Chapter 1;b) increase in stringency of Chapter 10 noise requirements for light single-engined propeller-driven aeroplanes;c) changes of a detailed technical nature that are intended to improve the consistency of Chapters 3, 8 and 11 as well as Appendices 2 and 4;d) new provisions concerning Human Factors in Part V; e) changes that have arisen from the ongoing harmonization of the European Joint Aviation Requirements (JARs) and the United States Federal Aviation Regulations (FARs). 26 February 199919 July 19994 November 19997Fifth meeting of the CAEP ;Annex 6, Amendment 26a) increase in stringency of the turbo jet and heavy propeller-driven aeroplane noise requirements (new Chapter 4 existing Chapter 4 becomes Chapter 12);b) new provision relating to the re-certification of Chapter 3 aeroplanes;c) increase in stringency of the helicopter noise requirements of Chapters 8 and 11;d) change to clarify or redefine existing certification procedures, align with harmonized JAR/FAR requirements, introduce new provisions relating to digital instrumentation;e) introduction of guidance material on tilt-rotor aircraft noise certification; f) inclusion of an English language version of the noise certification documents.29 June 200129 October 200121 March 2002 从表3中可以看出，在形成附件16第I卷之后，随着测试技术的进步，每一次的修订案中几乎都涵盖了对测试程序的更新，而与亚音速喷气式飞机相关的主要是第7修订案中，对涡喷及重型螺旋桨飞机提出了更为严格的噪声要求，形成了新的第4章，也就是通常所说的第4阶段噪声限制。从整个有关飞机噪声的适航条例发展过程可以看出，初期，由于各方面经验的缺乏以及测试技术的限制，对于适航条例的修订主要集中在对各种飞机的种类划分及噪声限制的制定方面；而在飞机噪声作为附件16单独的第I卷之后，条例的修订则更多的集中在测试程序方面，而对噪声限制的修改较少。但是，还应当看到，除了在2001年的第7修订案中对亚音速喷气式飞机的噪声限制提出更加严格的要求之外，还对直升机噪声也提出了更加严格的限制，而在1999年的第6修正案中，对单发螺旋桨飞机同样提出了更加严格的限制。这就表明，适航当局对飞机制造商生产的各种飞机都提出了更高的适航噪声要求。对亚音速喷气式飞机而言，附件16提出的第三阶段噪声限制执行了30年的时间，而进入21世纪之后，世界各国人民的环保意识有了飞速的发展，面对这样的形势和压力，相信在不远的将来，ICAO一定会缩短第四阶段噪声限制的执行周期，而提出更加严格的第五阶段噪声限制。4 大型客机适航噪声水平的发展从1958年开始，随着波音707飞机首次成功飞越大西洋，民用航空开始进入喷气式飞机时代。经过50年的发展，大型客机各方面的性能都得到了相当大的提升。其中，亚音速喷气式飞机的适航噪声水平随着发动机噪声级的降低，以及飞机气动性能的提升也得到了很大的改善。图4给出的是不同年代生产的大型客机的适航噪声水平发展趋势。由于不同系列下有不同的型号，而且不同型号下又有若干种不同起飞重量、不同发动机的具体机型，因此，将各个系列下不同型号的适航噪声与第三阶段噪声限制的裕量进行了平均，如对于B737系列而言，分别对B737-300/-400/-500/-600/-700/-700C/-800/-900等型号均进行了平均，因而得到图4中所示的多个结果。从图4中可以看出，按照给出的大型客机适航噪声发展趋势，平均每10年，大型飞机适航噪声约降低6EPNdB，到2016年，大型客机适航噪声将比第四阶段噪声限制低18EPNdB以上。另外，从图4中可以看出，代表当前最高技术水平的A380飞机，其适航噪声比第4阶段噪声限制低18EPNdB左右。这一方面为其他飞机制造商的技术水平提出了挑战，另一方面则为适航当局进一步提高噪声限制要求提供了参考。图4 大型客机适航噪声水平发展趋势另外，借助图4中的大型客机适航噪声水平发展趋势线，可以看出：1） 在1968年左右，亚音速喷气式飞机的适航噪声总体水平就已经满足了第三阶段噪声限制要求，而在1977年开始执行第三阶段噪声限制；2） 在1986年左右，亚音速喷气式飞机的适航噪声总体水平就已经满足了第四阶段噪声限制要求，而在2001年提出第四阶段噪声限制，并于2006年开始执行；3） 在2002年左右，亚音速喷气式飞机的适航噪声总体水平就已经比第四阶段噪声限制要求低10EPNdB，而14年后的2016年左右，有可能提出第五阶段噪声限制。5 机场周围噪声环境要求的发展无论对于客运还是货运而言，航空运输都已经成为一种重要的运输方式，而2007年ICAO公布的数据显示，当年航空的旅客发送量达到了20亿人次以上。随着航空运输业的快速发展，也带来了一些社会问题，其中非常突出的一点就是机场周围的噪声污染。而早在1960年荷兰就出现了世界上第一个“反噪声委员会”来抵制新一代的喷气式飞机给Kaagbaan机场带来的严重的噪声问题。由此，在进行机场建设时，噪声问题也被越来越受到重视，而欧洲委员会也对噪声评估提出了指导方法。图5给出的是截止2008年，世界范围内采取不同噪声限制方式的机场数量增长曲线。可以看出，在1997年后，越来越多的机场开始提出噪声限制的要求并制定噪声控制程序。图中NAP指Noise Abatement Procedures。图5 机场噪声限制的增长近些年，许多国家的大型机场都提出了各自的噪声限制、运营配额或噪声罚款，尤其对于夜间（23:0007:00）起降的飞机提出了严格的限制。其中，英国伦敦的Heathrow、Gatwick 及 Stansted机场，均采用噪声配额数（Quota Count）方法，简称QC系统，把各种飞机划分成不同的QC等级，以控制不同噪声水平的飞行时间。当前采用的QC系统是基于1991年在达成关于第二阶段飞机禁飞问题的国际协定前完成的飞机噪声分析，并在1993年正式形成并开始启用。为了便于描述，QC系统借用适航噪声采用的EPNdB进行等级划分，其与EPNdB之间的关系见表3，而起飞及着陆时的QC等级与适航噪声之间的关系为：起飞的QC等级由飞越和边线有效感觉噪声级的算术平均值决定；而着陆的QC等级则由进场有效感觉噪声级减去9EPNdB决定，这是因为通过对一般的涡喷飞机适航噪声的统计发现，着陆时的噪声要比起飞时大11EPNdB左右，采用比较保守的9EPNdB来消除这种差异，可以更加方便地利用QC等级来描述飞机适航噪声的大小，而不必强调到底是着陆还是起飞状态。同时，9又是3的倍数，这对以3EPNdB来划分等级的QC系统也是比较适合的。随着飞机整体噪声水平的降低，QC系统会出现新的等级，如QC/0.125等，来适应发展的要求。表4 QC与EPNdB的关系Quota Count适航噪声级（EPNdB）16101.9899101.949698.929395.919092.90.58789.90.258486.90（E