目前，全球航空客运运输带来严重的生态问题。世界主流发动机都是利用化石燃料的燃烧来释放能量来产生推力，因此会排放巨量的二氧化碳、氮氧化物和噪音。尤其是二次世界大战之后出现的喷气式发动机产生的噪音高达到130分贝到150分贝，火箭发动机产生的噪音更为巨大。为了减少噪音对环境和健康造成的损害，一个精确高效的声学计算工具来预测和控制噪音显得极为重要。

    在航空发动机降噪的过程中，科研人员利用在发动机喷口边缘处设计成锯齿状，可以有效的降低发动机噪声，在发动机的内部，还会用到声衬来降低噪声。由于在大飞机的适航认证标准中，噪声是一个不可忽略的因素，在机体降噪的过程中，需要降低机身的噪声，比如机翼噪声、机舱内噪声、起落架的噪声等。另外在火箭的设计过程中，由于过大的噪声会对内部的精密仪器造成破坏，所以在火箭的设计过程中，也需要进行降噪设计。

    早期的声场预测研究方面，由于计算机能力的局限性，航空声学以声学类比方法为主导。航空发动机噪音的预测中，声学类比方法较为有效，在商用飞机的设计中已经得到了广泛的采用。

    随着计算机科学的不断发展，计算能力得到了显著的增长。20世纪90年代，航空声学领域开始向数值计算方法过渡，这使得科研工作人员和工程技术人员研究更复杂的装置和现象成为了可能。科研人员建立了计算气动声学这样一个新学科，可以将不同的计算气动声学方法分为两类，一类是直接声场模拟，处理流动的同时计算声场；另外一类是混合计算气动声学方法，该方法将流动和计算声场分开。

    第一类方法是在计算中直接求解可压缩Navier-Stokes方程（直接声场模拟），由于可压缩Navier-Stokes方程考虑了流动中的所有因素，从理论上来说，直接声场模拟可以提供最准确的结果。然而，直接对可压缩Navier-Stokes方程求解需要大量的计算成本，另外声波的波长较长，需要求解的空间尺度非常大，这样就会造成较大的耗散。在实际上，通过该方法得到的声场是不准确的，同时为了解决低频和远场的航空航天声学传播问题，直接声场模拟计算的时间和空间尺度都非常大，这就要求对所采用的离散格式的数值精度有更严格的要求，这进一步增加了数值模拟的计算工作量。因为这个原因，直接声场模拟大多用于科研问题的研究，难以直接用于大规模工程计算。

    第二类方法与第一类方法相比，混合计算气动声学方法通过在一个单独的系统来求解流场。由于气动声学的声源项都可以从流场中获取，所以这样的一个系统一般为不可压/可压缩的流场求解器；另外的一个系统为声场求解器。在第一个系统中得到的流场中捕获声源信息后，将声源信息导入声场求解器。在这样的设置中，两个分开的数值模拟相对独立，根据流场计算和声场计算的特点，可以将声场网格设置得较为均匀，声场的网格大小可以更宽。第二类方法占用计算资源较小，得到的声场耗散较小，已经广泛应用于科研和工程计算中。

    目前，基于混合方法，科研人员开发了基于hp型谱元法的高阶声场求解器，具有精度高、几何适应性好及计算效率高的特点。由于具备这样的优势，基于hp型谱元法的高精度求解器可以准确地计算不同几何特性的声场问题。在利用高精度方法模拟低马赫数机翼绕流的噪声过程中，我们先利用基于hp型谱元法的不可压缩求解器来求解流场信息，得到每个时刻的声源信息，然后再将声源信息导入基于谱单元法的高精度声学求解器。由于不可压缩求解器和声学求解器的时间和空间分辨率、控制方程和数值格式具有不同的特点，可以针对各自的特点来对网格大小，计算时间步长来进行优化。通过和传统方法对比，可以发现基于谱单元法的高精度方法预测的声场较为准确，占用计算资源较小，而且几何适应性较好。

    可以预见，在不远的将来，基于高精度方法的声学计算将在航空航天领域大放异彩。上海交通大学与伦敦帝国理工学院科研人员正在使用基于hp型谱元法的声学求解器应对噪声声源定位、远场预测及噪声控制问题，为航空发动机风扇及飞机机翼等设计提供支撑。