0 引 言

飞行器超声速飞行时声爆产生的巨大噪声不仅影响人们的生活和工作同时还会对建筑物造成一定程度的破坏(特别是次声波)。一架在 16 000 m高空以两倍声速飞行的协和客机对地面产生的压强高达100 Pa，换算成声强相当于133 dB，而现役民用客机起飞进场噪声只有90 dB左右[1]。高声爆水平直接导致了协和号飞机被禁止在大陆上空超声速飞行，这极大地影响了超声速客机的经济性。NASA提出2035年超声速运输机声爆噪声水平应低于70 dB[2]。降低声爆水平是下一代超声速运输机研制过程中亟待解决的关键问题之一。

超声速飞行器的声爆问题是一个涉及飞机布局设计、空气动力学和声学等多个学科的复杂研究领域，相关研究从20世纪50年代开始[3-5]，形成了基于超声速线化理论及几何声学的声爆预测方法[6-9]以及声爆最小化理论[10-14]。CFD手段也被越来越多地用于声爆预测与研究。经过几十年的发展，目前国外多家宇航公司与科研机构都公布了各自的超声速运输机方案[15-16]。我国对超声速飞行器声爆研究起步较晚，近些年在民用客机研制热潮的推动下在预测方法、布局设计方面开展了相关研究。陈鹏建立了一种快速预测声爆传播的频域方法[17]；沈沉[18]采用CFD对不同形状的细长杆抑制声爆的机理和效果进行了研究；冯晓强[19]、但聃[20]采用理论方法对超声速客机声爆水平进行了预测，冯晓强探索了声爆最小化理论的低声爆布局设计[21]。

声爆最小化理论是基于超声速线化理论发展起来的一种反设计方法，通过设计过压分布(即F函数)来获得飞行器的等效面积分布。但由于该理论仅考虑了声爆水平最优，并且在进行飞行器优化设计时难以与其它学科设计工具进行有效集成。此外，声爆最小化理论将过压分布作为设计目标，并不能完全真实反应声爆所产生的噪声水平，特别是人群对声爆的感知水平。本文针对超声速飞行器低声爆布局设计，探索了一种基于遗传算法[22]的低声爆优化布局设计方法，采用基于超声速线化理论和波形参数法对声爆过压水平进行预测，以A计权声级作为声爆噪声水平的度量标准[23-24]，对超声速飞行器低声爆布局优化设计进行了初步研究。

1 声爆噪声水平预测方法

1.1 超声速线化理论

对声爆的分析一般分为近场、中场和远场。本文近场声爆信号计算采用Whitham基于超声速线化理论提出的声爆强度估算方法[6,9]，该方法利用旋成体声爆计算公式，推导出由飞行器体积和升力产生的声爆强度估算方法，引入“F函数”来描述近场压力分布。对于在超声速来流条件下的细长轴对称体，如图1[4]所示。圆柱坐标系下过压Δp=p-p0可以由下式给出：

  

图1 超声速线化理论示意图Fig.1 Sketch map of supersonic linear theory

(2)

其中：Ma为飞行马赫数为马赫锥与机身截面法向投影面积。式(2)首先由Whitham提出，因此也被称为Whitham函数。对于非对称体，引入等效面积Ae(x,θ)。等效面积包括两部分：体积分量和升力分量。升力分量由下式计算得到：

(3)

其中，L(x,θ)为轴向位置x、周向位置θ单位长度的升力分量。假设机翼为平板翼型，升力沿机翼平面均匀分布，则由升力引起的等效面积可以写为以下形式[25]：

(4)

其中：b(x)为机翼展长分布，Sref为参考面积，W为飞机重量，α、θ分别为迎角和周向角。

1972年Thomas提出的一种基于几何声学通过外推近场压力信号来获得远场信号的计算方法-波形参数法[26]。并将近场压力的波形参数化，将压力信号进行离散，简化了问题。本文采用该方法计算地面声爆压力分布，具体形式如下：

 

(6)

[20]Dan D, Yang W.Supersonicbusiness jet sonic boom computation and layout discussion[J].Advances in Aeronautical Science and Engineering, 2012, 3(1): 7-15.(in Chinese)但聃, 杨伟, 超声速公务机声爆计算与布局讨论[J].航空工程进展, 2012, 3(1): 7-15.

(7)

其中，下标i为压力信号的某一离散点；压力信号波形斜率mi=∂p/∂T；压力信号持续时间λi=Ti+1-Ti；Δpi为压力信号增量；ρ0、a0分别为大气密度和声速；cn为压力沿波阵面的法向传播速度；S为声线管面积；γ为比热比。

1.2 噪声水平计算

将窄带声压级转换至1/3倍频程声压级，再根据A计权响应与频率的关系计算得到A计权声级。

[2]Welge H R, Nelson C, Bonet J.Supersonic vehicle systems for 2020 to 2035 timeframe.AIAA-2010-4930[R].Reston: AIAA, 2010.

(8)

其中：p(n)为某一时刻的压力值；P(k)为频率k所对应的压力值；N为数据点数，取2的幂数。计算各频率下的声压级：

(9)

其中：SPL为声压级，pe为有效声压，pref为参考声压，取2×10-5Pa。

将地面声爆过压结果进行快速傅里叶变换得到窄带压力分布：

近年来，伴随着加氢裂化装置大型化和原料劣质化的趋势，装置的投资成本不断增大，装置操作的苛刻性增强，装置事故的人身危害性和财产损失度也不断增大，因此装置安全联锁保护的内容不断完善，联锁保护措施也不断增强。相对上述安全联锁逻辑关系的保护内容在一些建成和在建的加氢裂化装置中也增加和完善了以下内容的联锁保护：

1.3 方法验证

采用第一届声爆预测专题会议的洛克希德马丁公司低声爆模型lm1021[27]对预测方法进行验证，飞行马赫数为1.6，升力系数为0.148。图2分别给出了零度方位角，距离模型1.88倍和3.08倍机身长计算得到的无量纲过压与试验结果的对比。可以看到，机头部位的计算结果与试验结果符合较好。机身后半部的差异主要由模型差异引起的。试验测量结果包含了模型支撑机构[27]的影响，而本文计算该外形时并没有考虑支撑机构。图3为采用波形参数获得的地面过压与文献结果[28]的比较，图中的文献结果分别为将试验与CFD(USM3d)模拟的近场结果作为输入，采用sBoom[29]获得的远场结果(以下分别简称“试验值”和“CFD值”)。可以看到，采用超声速线化理论和波形参数法获得的地面过压与文献的结果符合较好，A计权声级(76.92dB)比试验值(79.41dB)偏低，与CFD值(76.4dB)接近。综合考虑模型支撑机构对结果的影响，本文建立的预测方法可靠性较好，计算时间短，能够满足布局优化设计的需求。

  

(a) R=1.88L

  

(b) R=3.08L

 

图2 近场过压计算结果与试验结果比较Fig.2 Comparison between prediction and experimentresults of over pressure in the near field

  

图3 地面过压计算结果与试验结果比较Fig.3 Comparison between prediction and experimentresults of over pressure on the ground

2 低声爆气动布局优化设计

2.1 基本布局声爆强度分析

首先对某小型超声速公务机基本布局进行声爆水平计算分析。该超声速公务机载客8～12人，机身长45.2 m，翼展20 m，最大起飞重量45 000 kg，巡航马赫数1.6，巡航高度14 000 m，航程不低于4000 nm。图4给出了基本方案的三视图。

  

图4 超声速公务机基本布局三视图Fig.4 Three-view-of the basic supersonic business jet

分别采用超声速线化理论和波形参数法计算近场声爆压力分布和远场地面压力信号。图5给出了巡航升力系数和零升力时该布局的F函数和等效面积分布。图6给出了飞行器正下方5倍机身长度处的声爆信号。实线为巡航升力系数的计算结果，虚线为零升力的计算结果。可以看到，除了机头之外，在驾驶舱和机翼处，马赫锥与机身截面法向投影面面积分布的显著变化导致了激波的产生，由升力产生的等效面积进一步增加了激波的强度。图7给出了传播至地面的声爆过压随时间分布曲线。在巡航升力系数时该布局声爆A计权声级为91.28 dB。

  

图5 F函数与等效面积沿机身分布Fig.5 F-function and equivalent area distribute alone aircraft

  

图6 飞行器正下方5倍机身长度距离处声爆信号Fig.6 Sonic boom signals at R=5L below the aircraft

  

图7 地面声爆信号Fig.7 Sonic boom signals at ground

2.2 机身优化设计

在2.1节的分析中，驾驶舱处产生了明显的激波，新一代超声速运输机普遍倾向采用机头和驾驶舱一体化设计以降低由驾驶舱引起的声爆。为简化计算，在优化设计中只考虑翼身组合体布局。假设升力沿机翼均匀分布，机身头部、中机身及后机身由一系列直径不等的圆形截面构成，其中机头有5个控制截面，中机身及后机身有8个控制截面。优化变量与约束见表1。优化变量包括机头和机身控制截面的直径、圆心坐标，以及机翼的安装位置，共28个变量。约束条件包括机头下倾角度，后机身擦地角等。以地面声爆A计权声级最小为目标，对控制截面圆心位置进行优化，保证圆心连线曲率单调。

 

表1 机身优化变量与约束条件Table 1 The optimization variables and constraints of fuse

  

优化变量机头截面直径d1-d5机身截面直径d6-d13机头截面圆心坐标y1-y5机身截面圆心坐标y6-y13机翼安装位置(x0,y0)约束机头下倾角a1∈(a1min,a1max)后机身擦地角a2∈(a2min,a2max)

图8为机身优化设计后的翼身组合体布局。图9给出了机身优化设计前后巡航升力系数和零升力时该布局的F函数和等效面积分布。图10给出了飞行器正下方5倍机身长度处的声爆信号。实线为基本外形巡航升力系数的计算结果，虚线为机身优化设计后外形巡航升力系数的计算结果，点划线为机身优化设计后零升力计算结果。可以看出，机身经过优化设计之后，等效面积沿机身分布变化平缓，等效面积中体积分量没有引起显著的激波，此时的激波主要是由升力分量引起的。这说明对机头的优化设计以及对机身的优化设计是有效的。图11给出了传播至地面的声爆过压随时间变化曲线。实线为基本外形的声爆信号，虚线为机头优化设计之后的声爆信号。经过机头优化设计后声爆过压的最大值减小了20%。该布局在巡航升力系数时声爆A计权声级为87.53 dB，机头优化设计后声爆水平降低了3.75 dB。

  

图8 机身优化设计后的翼身组合体外形Fig.8 Wing body configuration with fuse optimized

  

图9 机身优化设计后的F函数与等效面积沿机身分布Fig.9 F-function and equivalent area distributionalone aircraft with fuse optimized

  

图10 机头优化设计前后飞行器正下方5倍机身长度距离处声爆信号Fig.10 Sonic boom signals at R=5L belowthe aircraft before and after fuse optimized

  

图11 机头优化设计前后地面声爆信号Fig.11 Sonic boom signals at ground beforeand after fuse optimized

2.3 机翼平面形状优化

3) 优化布局在巡航状态下阻力明显降低，而力矩特性基本没有变化。

采用遗传算法对机翼平面参数进行优化，优化变量包括翼根弦长、稍根比、展长、内翼前缘后掠角、外翼前缘后掠角、拐折点展向位置共6个变量。将机翼面积作为约束，优化目标为地面声爆A计权声级最小。表2为变量寻优范围，优化前后的机翼平面参数如表3所示。图12为优化后的翼身组合体外形。

图13给出了机翼平面形状优化前后巡航升力系数和零升力时该布局的F函数和等效面积分布。图14给出了优化前后飞行器正下方5倍机身长度处的声爆信号比较。实线为优化前在巡航升力系数下的计算结果，点划线为优化后外形在巡航升力系数的计算结果，虚线为零升力下的计算结果。可以看出，经过优化后的翼身组合体外形其由等效面积中的升力分量引起的声爆强度大大降低，沿机身20%左右处的激波是由等效面积中的体积分量产生的。这是由于机身与机翼分别进行优化，机翼平面形状改变引起马赫锥与机身截面投影面积变化造成的，因此若想减弱此处激波还需对机身进行进一步修型和优化。图15给出了优化前后传播至地面的声爆过压比较。实线表示优化之前，虚线表示优化之后。可以看出，经过优化后声爆过压由81 Pa降低到60 Pa，减小了26%。

 

表2 变量寻优范围Table 2 The range of optimization variables

  

优化范围翼根弦长/m18～28稍根比0.07～0.1展长/m14.4～17.6内翼前缘后掠角/(°)68～75外翼前缘后掠角/(°)50～65拐折位置/m3.0～6.0机翼面积/m2130～150

 

表3 机翼平面参数Table 3 Geometry parameters of the wing

  

基本布局优化布局翼根弦长/m25.3619.1稍根比0.130.0992展长/m2016.496内翼前缘后掠角/(°)7274.95外翼前缘后掠角/(°)5063.8拐折位置32%61.94%机翼面积/m2164.5146.12

  

图12 机翼平面形状优化后的翼身组合体外形Fig.12 Wing body configuration withwing geometry parameters optimized

  

图13 平面形状优化后的F函数与等效面积沿机身分布Fig.13 F-function and equivalent area distribute aloneaircraft with wing geometry parameters optimized

  

图14 平面形状优化前后飞行器正下方5倍机身长度距离处声爆信号Fig.14 Sonic boom signals at R=5L below the aircraft beforeand after wing geometry parameters optimized

  

图15 平面形状优化前后地面声爆信号Fig.15 Sonic boom signals at ground before andafter wing geometry parameters optimized

该布局在巡航升力系数时声爆A计权声级为83.74 dB，优化后声爆降低了3.8 dB。图16给出了基本外形、机头优化和机翼优化后1/3倍频程声压级比较，实线为基本外形结果，虚线为机头优化结果，点划线为机翼优化结果。可以看出，经过优化后声爆噪声水平从10 Hz～10 kHz都得到了显著的降低。

  

图16 优化设计前后1/3倍频程声压级Fig.16 The 1/3 octave sound pressure level beforeand after optimization design

2.4 低声爆布局气动力特性评估

采用CFD，对优化前后超声速公务机布局的气动特性进行了分析。采用S-A湍流模型，网格数量为8.2×106，计算状态为Ma=1.6，H=14 km。图17给出了升力系数随迎角变化曲线、阻力系数及俯仰力矩系数随升力系数变化曲线(参考点为机头)。可以看出，由于优化后机翼后掠角增大，因此升力线斜率降低。优化后巡航升力系数(CL=0.11)对应的迎角由优化前的1.65°增大至2.6°。优化布局在巡航状态下阻力明显降低，而力矩特性几乎没有发生变化。

  

图17 基本布局与优化布局气动力特性Fig.17 Aerodynamic characteristics of basic and optimized configurations

3 结 论

本文基于超声速线化理论和波形参数法开发了声爆快速预测程序，在此基础上对低声爆气动布局优化进行了探索，得到以下结论：

1) 声爆快速预测程序计算结果与标模试验结果符合良好，验证了程序的正确性。

2) 经过优化设计后飞行器布局的声爆水平大大降低，地面声爆过压降低了41%，声爆噪声水平降低了7.55 dB。

在2.2节对体积分量进行优化的基础上，为了进一步降低声爆，对等效面积的升力分量进行优化。由于假设升力沿机翼均匀分布，因此对机翼平面形状进行优化即可以实现升力分布的优化。

4) 分别针对机身和机翼优化得到的两个局部最优解，其叠加结果未必是全局最优解。后续应通过参数化建模，实现翼身一体化优化设计，并推广至多学科/多目标气动布局优化研究。

参 考 文 献：

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总而言之，早期的习惯培养就像一粒种子，绝不能等到要收获的季节才匆匆忙忙想到播种，而是要赶在生命的春天里就有意识、有计划地培土、撒种，并坚持不断地施肥、灌溉，才能使它及早地生根发芽，茁壮成长，并在人生成功之路上结出累累硕果。

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除化学药物之外，天然产物中也存在着具有调控TRP通道活性的物质，以天然产物为导向进行的药物研发也是当前的热点之一。De等［33］对植物Amphilophium crucigerum进行研究，发现其种子的醇提取物和二氯甲烷部分能够抑制TRPV1活性，并在慢性炎症痛模型中显示出良好的抗炎和镇痛作用。中药独活具有祛风除湿，痛痹止痛的功效。Li等［34］研究发现，独活能治疗神经病理性疼痛是由于其含有的香豆素类化合物，该类物质能抑制炎症介质的释放，降低TRPV1的表达。

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住宿环境升级，确保住得舒心。生活无烦恼，全县5个乡镇有室内独立卫浴的周转房占80%，其他房间均配备楼层卫生间、洗澡间、洗衣房。健身有去处，室内健身有跑步机、卧推架、单车等器材，户外锻炼有篮球、羽毛球、兵乓球等场地。减压有场所，减压室配置拳击手套、橡皮人等减压用具，文娱室配备象棋、围棋、纸牌等，小影院可满足20人观影需要。医疗有保障，在健康小屋配备温度计、血压计、体重秤，常备家庭药箱，备足日常药品。

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网络热词是指“网络语言中的热门词汇，其通常围绕社会日常生活和社会重大热点话题展开，是社会人以网络主体身份在网络中进行信息收集﹑发布和交换时使用频率较高的词汇”[4]。它主要分为两种，一种是新闻事件中当事人的原话，比如“打酱油”“很黄很暴力”“做俯卧撑”等；另一种是网友充分发挥主观能动性创造出来的，如“做人不能太CNN”“猪坚强”“范跑跑” 等 [5]143。

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《商标法》第三十条规定：申请注册的商标，凡不符合本法有关规定或者同他人在同一种商品或者类似商品上已经注册的或者初步审定的商标相同或者近似的，由商标局驳回申请，不予公告。该条则是对在先注册商标持有人的法律保护依据。

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3）课后复习方面，可以让学生设计思维导图来帮助他们复习所学知识，提升各方面的核心素养。在思维导图设计过程中，既可以加深重点词汇、语言点的记忆，进一步锻炼学生的语言应用能力和自主学习能力，又可以引导学生对中西方文化意识和文化差异做出正确判断，形成良好的思维方式。课后学生完成手机学习平台的作业和单元测试，检测学习效果。在完成练习过程中，学生可以随时和任课教师通过手机学习平台课程群聊、手机学习平台话题等信息化手段进行实时沟通。学生在学习平台完成单元学习效果调查问卷，进行课后反思，评估学习效果，提升自主学习能力和评估能力。

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首先，文献分类只能求基本一致和相对的一致，百分之百、绝对的一致是没有的，也做不到。分类法本身是带有局限性的，没有一个分类法能完全满足一切读者的一切需要并解决读者在文献需求上的全部问题［3］。将某个作家的文学作品全部集中于一处，这是较为理想的情况。就国家图书馆而言，图书每年一紧架、排架，即使分类号完全一致的同类书也会因编目年而打断。分类法有时只能表示出文献内容或特征的一个方面，但我们可采取互见、参照等办法弥补其在功用上的缺陷，兼顾编目机构的习惯做法。

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蒋大伟吹着口哨，驱车行驶在街道上。姑娘叫郑馨，她的眼睛盯着窗外，额前的头发被风吹得乱飞。蒋大伟从后视镜里看看郑馨，没话找话地：喂，美女，去兰江大桥做啥？郑馨瞥了他一眼，继续看着窗外。蒋大伟猜测地：是来旅游吧？郑馨伸手整理了一下头发，还是一言未发。蒋大伟热情不减地：兰江大桥是咱这地界的标志性建筑！旅游不去兰江大桥等于没来。蒋大伟瞥了一眼后视镜，郑馨瞪大眼睛在看着他，继续说道：你坐我的车就对了！我保证不出一个钟头给你送到大桥顶上！郑馨从耳朵上取下耳机，皱紧眉头：你说什么？蒋大伟泄气地：得，白说了。

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处理后各路面结构层强度发挥率最大值曲线，如图8所示。从图8可看出，处理后，路面结构层的强度发挥率均小于1.0，满足路面结构容许应力要求，虽然路面结构层的最大应力层位于新路面面层，但最大的强度发挥率所在位置为路面底基层，对应的路面材料为低剂量水泥稳定碎石，即为应力控制层。

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我国当前的职业教育主要以学校培养为主。因为企业规模不大、职业流动率高，由企业担当职业教育主体的可能性小。这决定了职教体系在教学内容、实训设备、师资结构上有着“先天不足”的特点。但是，低福利、高失业率的社会特征决定了谋求相对稳定的职业仍然是我国劳动者获取收入、求得生存的主要手段。经过高质量的培训，顺利上岗的劳动者在激烈的人才竞争中，能够脱颖而出。所以，职业教育的发展空间很大，适合市场和职业教育发展规律的人才培养模式将有助于培养此类技能型人才。

1.3 方法 对照组：给予常规保健治疗，指导孕妇合理作息时间、饮食，补充维生素，控制血压，给氧，静脉滴注复方氨基酸等常规治疗。治疗组：在对照组基础上口服阿司匹林(生产厂家：石药集团欧意药业有限公司，规格：25 mg，产品批号：018170519)50 mg/d，连续服药8周，观察临床疗效。