新一代飛機的戰略發展正朝著進一步降低噪音、排放和提高燃油效率的方向邁進，其中發動機起著決定性作用。發動機的快速發展使得較熱門的窄體飛機（如波音737和空客A320）得以重新設計發動機，這類飛機占機隊總量的80%，同時其他熱門機型如波音777和空客A330也進行了類似改造。

未來10至15年間，我們將面臨配備高旁通比（8.5-12）渦扇發動機的飛機：Leap-1B、Leap-1A、PD-14、GE9X、Trent7000、Trent1000TEN、 XWB 以及PW1000G系列機型。

配備此類發動機的飛機可滿足2017年（第14章）未來噪音標準要求，既能有效降低有害排放、提升燃油效率，又需同步應對發動機動態特性和振動性能的重大調整。

針對發動機本體（不同旁通比）和飛機機身動力學特性的長期研究，顯著明確了現代飛機結構在發動機轉子頻率范圍內的計算模型。該研究還揭示了發動機動力學特性隨旁通比增加而變化的趨勢。若旁通比增加至預估的8-12倍，預計發動機類剛體動力學行為的上限頻率不會超過10赫茲。

采用了一種成熟的阻抗測試技術：為測定這些特性，通過電動力學振動器對結構進行激勵，同時保持諧波輸入力幅值恒定，其頻率在10至500赫茲的研究范圍內自動變化。

該動力學特性使得航空燃氣渦輪發動機的動態模型能夠更加精確，特別是在轉子頻率范圍內。通過對所獲數據的分析，可以將研究的頻率范圍劃分為三個子區間，每個子區間具有特定的發動機動力學行為特征，因此每個子區間均可建立其專屬的數學模型——該模型簡潔明了。

發動機機體在附著點的動態柔順性分析表明，旁通比(m)為0.5～1.1的發動機在40Hz以下頻率下符合剛體模型，而旁通比為2.5～4.5的發動機剛體模型的上限頻率則提高到20Hz。

研究發現，在20～40Hz和120Hz頻率范圍內，發動機機體表現為具有多種阻尼程度的大量共振的彈性-慣性系統。

通過對比多項研究結果，這些共振現象得以識別，并與發動機多個部件（轉子、傳動箱、固定在殼體上的獨立單元）的固有頻率相關聯[3]。在120至500赫茲的頻率范圍內，發動機本體符合彈性-耗散元件模型。JT8D發動機的案例在該頻率范圍內同樣符合此模型。

在寬泛的轉子頻率范圍內，發動機機體的動態特性可視為彈性-慣性系統模型或彈性-耗散元件模型。該模型與理想化的航空燃氣渦輪發動機剛體模型存在顯著差異，主要體現在動態柔順模量數值及動態行為類型上。旁通比增大的發動機不僅會導致風扇聲功率顯著提升，還會引起前后半球動力裝置所排放噪聲頻譜的改變。

但這種發展方向導致了風機直徑的增大和葉片超音速激波的形成。激波與風機輪的相互作用在葉片主頻附近形成一系列離散的多諧波分量，這些分量之間的間隔等于軸的轉速。這種現象被稱為“電鋸噪聲"。

渦扇發動機的振動頻譜，特別是超大旁通比的振動頻譜，會因風扇轉子低速運轉（尤其在使用齒輪箱的情況下）而顯著擴展，這將決定發動機殼體振動過程的特性。

飛機機體在低頻頻譜區通常具有數十種振蕩模式（包括機身、機翼、安定面及其他結構部件的彎曲與扭轉振動）。當這些振蕩模式與發動機通過安裝附件產生的擾動作用相互作用時，可能在加壓客艙內產生高強度的低頻噪聲成分，其中包括次聲波。

隨著高旁通比發動機的廣泛應用，加壓客艙的聲場特性發生顯著變化。這類發動機產生的振動沖擊會大幅加劇客艙結構噪聲的振動聲場。通過新型飛機QTD2（B-777 300 ER型，配備GE90-115B發動機，旁通比8.7）的就近研究證實，其總頻譜中低頻成分增幅超過30-40分貝。

降低軸轉速和風扇葉片數量可顯著降低風扇中頻段（GE90-115B為800 Hz，而trent 800為1200 Hz）的基頻諧波頻率。

這些因素的強度主要取決于風扇入口處的工況條件（長葉片可能引發氣動失衡）。所有這些因素將共同決定通過安裝組件（發動機附件）傳遞至機身結構的動力裝置動態效應頻譜。根據考慮發動機與機身原型傳遞函數及動態柔度真實特性的計算結果，以及在QTD2飛行器樣機上的實測數據，駕駛艙內由發動機振動引發的結構噪聲預期水平在頻譜低頻段會顯著升高。

發動機進氣道高旁通比產生的遠場噪聲，其聲場方向包含多個頻率的復合音，這一現象在飛機前排客艙（型號QTD1和QTD2）的噪聲頻譜中同樣得到驗證。解決社區噪聲問題，可能需要將重點從傳統方法（如安裝需多種規格且高度增加的隔音罩）轉向聲源控制技術（如寬弦距風扇葉片、Blisc技術、執行器等）。

要解決結構噪聲低頻分頻譜的問題，需要研發新一代發動機支架（可能配備內置低頻隔振裝置或壓電執行器）。根據高旁通比發動機飛機的運行經驗，駕駛艙機組人員所受低頻分頻結構噪聲水平可能超出衛生標準建議值，存在安全隱患。我們預計未來第二代（Advance）和第三代（UltraFan）齒輪發動機將采用開放式轉子設計。

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