eVTOL电动垂直起降飞行器的降噪技术主要集中在减少飞行器产生的噪音,尤其是在起飞、悬停、巡航和降落过程中。这些技术不仅能提高飞行器在城市空中出行(UAM)中的接受度,还能确保符合环境和噪音法规。常见的eVTOL降噪技术包括以下几种。

噪音源优化设计
- 静音旋翼和风扇设计
eVTOL通常使用旋翼或风扇产生升力,而这些旋翼是噪音的主要来源之一。通过使用较大直径、低转速的旋翼,可以有效降低噪音,这是因为旋翼的噪音与转速的五次方成正比(噪音 ∝ 转速⁵),与旋翼直径的平方成反比(噪音 ∝ 1/直径²)。采用较大直径的旋翼,以降低旋翼需要提供相同升力所需的转速。降低旋翼的RPM(转速),减少湍流噪音。低噪声旋翼设计包括增加叶片的弯曲度和优化空气动力学形状,以减少叶片与空气的相互作用产生的湍流噪音。 1.旋翼降噪设计
低转速、大直径旋翼
因为旋翼的噪音与转速的五次方成正比(噪音 ∝ 转速⁵),与旋翼直径的平方成反比(噪音 ∝ 1/直径²)。可以采用较大直径的旋翼,以降低旋翼需要提供相同升力所需的转速,同时也可以降低旋翼的转速,减少湍流噪音的方法来进行优化设计。
增加旋翼叶片数量
增加旋翼的叶片数量可以减少单个叶片的负载,使每个叶片所需提供的动力减少,从而降低湍流噪音。传统直升机通常采用2-4个叶片,但是evtol可以设计为5-7个叶片,用来降低单叶片的负载并且减少噪音。也可以适当的调整叶片宽度,使升力更加均匀分布,避免局部气流过度集中造成湍流噪音。
叶片空气动力学优化
优化旋翼叶片的气动外形也可以减少叶片前缘产生的湍流,从而进一步降低空气动力噪音,尽量使用非对称翼型,避免传统对称翼型的气流分离,提高气动效率并且减少噪音,优化叶片前后缘的设计,可以采用锯齿状或者流线型前缘,减少叶片穿过空气时的湍流噪音,采用分裂式或锯齿状后缘,减少尾涡噪音来减少噪音的产生。同时尽量能够降低马赫数Ma,因为叶尖速度接近音速时会产生较大的噪音,优化设计以保持叶尖速度远低于0.7马赫。
变距旋翼
固定角度的旋翼在不同飞行状态下可能会引起不必要的气动噪音,而变距旋翼可以动态调整角度,以优化升力分布和噪音水平。采用电子或机械控制的变距系统,使叶片角度适应不同飞行模式(起飞、巡航、降落),在起飞和降落时采用更浅的角度,减少推力变化带来的噪音用来减少噪音。
非同轴、分布式推进布局
同轴旋翼会产生较强的桨叶干扰噪音,而合理布局多个分布式旋翼可以减少相互干扰。可以在机身多个部位安装小型旋翼,而不是集中使用一个大型旋翼。采用分布式电推进(DEP)减低噪音。使旋翼之间保持合理间距,避免尾流相互干扰,提高气动效率并减少噪音。
2.采用涵道风扇
涵道风扇通过环形外壳包围风扇叶片,可以减少叶尖涡流噪音,同时提高推力效率。采用短涵道或长涵道设计,以优化气流导向,涵道内表面使用吸音材料(如蜂窝结构)以吸收部分噪音。
采用变速风扇
固定转速的风扇在不同飞行状态下可能会产生多余的噪音,而变速风扇可以根据飞行状态动态调整转速,以降低噪音。在起飞时使用较高转速,以获得足够升力,在巡航时降低转速,以减少噪音影响。
3.旋翼与风扇的协同降噪
主动噪音控制
利用扬声器或其他主动降噪技术,在噪音源附近产生相反相位的声波,以抵消部分噪音。在机舱内部或旋翼附近安装主动降噪系统,以减少乘客或地面感知到的噪音。结合传感器,实时监测噪音并调整降噪波形的方法进行主动降噪。
低噪音飞行轨迹规划
不同的飞行路径会对地面噪音影响不同,合理选择飞行轨迹可以降低噪音对地面的影响。在城市区域内,避免在高密度人口区域的正上方飞行,采用较平稳的起降模式,减少急剧加速或减速带来的噪音波动的方法。
旋翼与风扇同步运行
多个旋翼或风扇如果在相同频率下运行,可能会产生共振或增强某些噪音频率。通过优化旋翼的相位差或转速,可以减少噪音的叠加效应。通过精确控制,使旋翼和风扇的转速略微不同,避免特定噪音频率的增强效应。采用智能控制系统,使推进装置的噪音在不同飞行模式下动态调整减少噪音的产生。
电动驱动系统
低噪音电动机 电动机比传统燃气涡轮发动机要安静,但它们的噪音主要来源于电机本身以及电池系统的冷却风扇。通过优化电动机设计、采用高效电动驱动技术并使用超低噪音的电机,可以减少这些系统的噪音。同时对电动机进行声学优化设计,可以采用低噪音轴承和减震装置,也可以显著的降低电动机运行时的噪音。 
噪音隔离与吸收技术


气动噪音控制
噪音屏障与方向控制
飞行控制系统优化采用智能飞行控制系统

这些降噪技术的组合应用,不仅有助于提高eVTOL的性能,还能显著提升其在城市空中出行(UAM)中的环境适应性,确保其在城市区域的广泛使用不会对周围环境和居民产生过大的噪音污染。