Авиация России

Шум, который создают самолёты, представляет серьёзную проблему для здоровья населения и экологии территорий, особенно вблизи аэропортов. В современном авиастроении применяются различные технологии для снижения уровня шума, одной из которых является использование у авиадвигателей сопел особой конфигурации.

Специалисты лаборатории механизмов генерации шума и модального анализа Центра акустических исследований Пермского Политехнического университета (ПНИПУ) провели исследования, чтобы определить наиболее эффективную конструкцию таких сопел, способных минимизировать звук как на низких (до 500 Гц), так и на высоких (более 1000 Гц) частотах.

Исследование опубликовано в журнале Russian Aeronautics и профинансировано Российским научным фондом. Учёные ПНИПУ провели тестирование различных типов шумопонижающих сопел, исследовались шевронные и гофрированные сопла на их способность снижать уровень шума. Гофрированные сопла с увеличенным количеством лепестков показали лучшие результаты в широком диапазоне частот.

Вредный авиационный шум возникает из-за турбулентности реактивной струи, вырывающейся из двигателя и взаимодействующей на высокой скорости с воздухом и конструкцией самолёта. В обычной практике для уменьшения шума конструкторы увеличивают диаметр двигателя, что снижает скорость выхлопа. Однако этот подход может усиливать низкочастотный шум, особенно если двигатель размещён под крылом самолёта.

Двигатели могут монтироваться также и над крылом, которое экранирует звук работающей силовой установки и уменьшает шум реактивной струи. Но слишком близкое размещение двигателя к верхней поверхности крыла может увеличить шум от взаимодействия воздушной струи и крыла. Поэтому актуальным становится использование специально разработанных шумоглушителей в виде конусообразных или цилиндрических каналов, которые отвечают за ускорение и направление потоков газов, выходящих из двигателя.

К распространённым видам шумопоглощающих сопел относят шевронное – с треугольными зубцами на краях. Оно уменьшает низкочастотный шум, но вместе с тем увеличивает высокочастотный. Другой вид – гофрированное сопло, которое имеет рифление в виде лепестков. При их количестве 5-6 шт. эффект от гофрированного сопла будет таким же, как от шевронного: уменьшение вредного звука на низких частотах и увеличение на высоких.

В ходе экспериментов с моделями сопел, изготовленных на 3D-принтере, шум измеряли шесть микрофонов, а поток воздуха создавался с помощью вентиляторов мощностью 45 кВт. Исследования проводились в камере со специальной установкой, в которой можно воспроизвести шум от однопроводной струи со скоростью потока до 0,65 М.

Эксперименты показали, что шевронное сопло снижает низкочастотный шум до 1,3 дБ на частоте 12 кГц. В то же время гофрированное сопло с 12-ю лепестками уменьшало шум до 2,5 дБ во всём исследованном диапазоне частот. В ПНИПУ подчёркивают, что применение гофрированных сопел в реальных условиях возможно, если акустические характеристики доминируют на фоне других шумов самолёта.

«Исследование учёных Пермского Политеха помогает усовершенствовать конструкцию авиадвигателей для улучшения акустических характеристик самолетов и снижения негативного влияния авиационного шума на здоровье человека. Внедрение новых конструктивных решений в проектирование сопел повысит качество жизни людей, которые проживают вблизи аэропортов», – прокомментировали в ПНИПУ.

677