F-35B战斗机在每次垂直降落时会产生超过140分贝的噪音，这种强烈声压不仅能穿透防护设备，还可能导致飞行员和地勤人员永久性听力损伤，甚至影响内脏。极端噪音的产生机制一直是航空工程领域关注的难题。近日，佛罗里达州立大学FAMU-FSU工程学院与佛罗里达先进航空推进中心的团队在《流体力学杂志》上发表了研究成果，对该问题提出了新的解释。 研究指出，决定噪音音调的主要因素并不是气流速度，而是飞机机体和地面之间形成的声学驻波。在垂直降落过程中，发动机喷出的超音速气流以1.5倍音速撞击地面，产生的强烈声波会沿原路反向传播，与下行气流相遇后形成持续的“声音回路”。气流撞地、声波反弹、声波触发新的气流扰动、再次撞地，这一过程不断循环，共振噪音也随之增强。过去，学界普遍认为噪音音调主要受气流中大规模扰动团块的速度影响。 团队在FCAAP专用测试设施中进行了系统实验。他们通过调整喷嘴压力和与模拟地面的距离，模拟了F-35B在不同降落条件下的状态，并用纹影成像技术、高速摄像机以及高灵敏度麦克风实时记录气流和声波的数据。分析结果推翻了以往的观点，明确指出是驻波而非扰动速度决定了噪音的音调。驻波是由反射声波叠加形成的一种“静止”状态，就像吉他弦振动时产生的驻波节点一样。研究第一作者宋明俊表示：“驻波决定音调，扰动大小决定响度。”此前两者常被混淆，如今得到了区分。 实验还发现，扰动速度越慢，扰动团块反而更大，噪音也更响。这一结果与常识相悖，但数据证实了它的准确性。 这项发现不仅具有学术意义，对工程实践也非常重要。一旦明确驻波是决定音调的关键因素，设计阶段只需考虑与驻波对应的参数即可预测共振频率，无需追踪复杂的气流扰动行为，从而简化噪声预测模型，使设计优化更容易实施。 据此，研究团队提出了多项改进建议，包括重新设计短距/垂直起降飞机喷嘴结构、优化舰船甲板和陆基平台表面、调整飞机降落操作流程等。这些措施都是为了在共振回路形成前进行干预，使驻波无法稳定建立。 团队负责人法鲁克·阿尔维教授介绍，他们已在部分控制方法上取得初步成果，这项机制研究为更系统的噪声抑制方案提供了理论基础。此项目得到了美国海军研究局、空军科学研究办公室和国家科学基金会的资助，体现出军方对这一问题的重视。 随着两栖攻击舰和未来作战平台对短距/垂直起降飞机需求增加，舱面作业环境噪声管理变得愈发紧迫。这项研究为解决长期困扰行业的问题带来了新的突破。
科学认知不断刷新传统观念，为工程实践带来新的动力。F-35B噪声机制研究厘清了行业多年的疑问，为战机设计和作业环境优化提供了新的方向。随着理论成果逐步应用，人类与极端技术环境的互动将有更多可能。