Рост числа беспилотных летательных аппаратов в городской среде усиливает значимость акустических характеристик как ограничивающего фактора их эксплуатации. Для малых БПЛА доминирующий вклад в шумовую сигнатуру формируется вихревыми процессами, связанными с частотой вращения и геометрией несущего винта. Традиционные методы снижения шума основаны на локальной модификации формы лопастей. Однако такой подход ограничен по эффективности, поскольку не затрагивает распределение аэродинамической нагрузки по размаху.
В качестве альтернативы специалисты центра «Интеллектуальная мобильность многофункциональных беспилотных авиационных систем» Самарского университета имени С. П. Королёва предложили метод глобальной параметрической оптимизации геометрии винта с применением нейросетевых моделей и алгоритма дифференциальной эволюции*.
В результате расчётов был разработан двухлопастной воздушный винт, геометрия лопасти которого описывалась системой из 28 параметров, определяющих распределение формы по размаху. Экспериментальный образец винта во время испытаний показал увеличение тяги на 15,9% и снижение на 6% производимого шума. По словам разработчиков, шум уменьшился практически в два раза по сравнению с уровнем акустического воздействия стандартного двухлопастного винта аналогичного размера.
Испытания проводились на экспериментальной установке в лаборатории университета, где учёные сравнивали уровень шума, тягу, энергопотребление и режимы работы с аналогичным стандартным серийным винтом. Доцент кафедры конструкции и проектирования летательных аппаратов Евгений Куркин пояснил, что шум меньшей интенсивности фиксировался при одинаковой частоте вращения, а при выравнивании тяги между двумя образцами опытный винт мог бы работать и на более низких оборотах, примерно на 3% ниже базового варианта.
По его словам, современные подходы снижения акустического воздействия воздушных винтов основаны на локальной модификации геометрии лопастей, прежде всего законцовок, с целью перераспределения воздушных потоков по размаху лопасти и уменьшения интенсивности вихрей, формирующих шумовую составляющую. При этом усложнение формы законцовок существенно повышает технологическую сложность изготовления и увеличивает стоимость производства, тогда как прирост энергоэффективности остаётся ограниченным и обычно составляет порядка 1-3% по сравнению с традиционными винтами.
Представленный метод проектирования воздушных винтов для БПЛА относится к классу многопараметрической аэродинамической оптимизации с учётом акустических ограничений. Переход от локальных модификаций законцовок к управлению геометрией всей лопасти позволяет распределить аэродинамическую нагрузку по размаху лопасти и обеспечивает более равномерное формирование тяги и снижение уровня шума в рабочих режимах.
Если говорить о возможных областях применения результатов подобных исследований, то они могут быть востребованы не только в гражданской сфере, но и в военной. Наиболее чувствительным к снижению уровня шума является сегмент малых и средних разведывательных БПЛА, где шумовая сигнатура напрямую влияет на условия обнаружения и режимы эксплуатации. Потенциальная возможность работы на пониженных оборотах при сохранении требуемой тяги связана с меньшим расходом заряда аккумулятора, что может приводить к увеличению продолжительности полёта и снижению акустической заметности в ближней зоне.
Для ударных и FPV-платформ эффект носит более ограниченный, но технически значимый характер. В этих классах аппаратов акустическая сигнатура является лишь одним из факторов общей заметности, однако оптимизация геометрии лопастей и режимов вращения винтов может использоваться для повышения энергетической эффективности и стабилизации тяговых характеристик в различных режимах полёта. В целом речь идёт о расширении эксплуатационного диапазона беспилотных систем за счёт улучшения согласования между аэродинамической эффективностью лопастей и акустическими ограничениями.
Результаты исследования были представлены на международной конференции ACM SenSys (ACM Conference on Embedded Networked Sensor Systems), прошедшей во Франции 11-14 мая 2026 года. Авторы работы – специалисты Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королева, представляющие кафедры конструкции и проектирования летательных аппаратов, автоматических систем энергетических установок и киберфотоники, а также центр «Интеллектуальная мобильность многофункциональных беспилотных авиационных систем».
Справочно
* Дифференциальная эволюция – это интеллектуальный алгоритм поиска, который многократно улучшает потенциальные решения для оптимизации задач по принципу эволюции. Его разработали Райнер Сторн и Кеннет Прайс в середине 1990-х годов. Метод дифференциальной эволюции стал популярным для решения сложных задач оптимизации в силу своей эффективности и гибкости, он хорошо работает для нахождения глобального минимума или максимума недифференцируемых, нелинейных, мультимодальных функций от многих переменных.
Артём Кириллов
для сайта «Авиация России»
Другие статьи по теме
(1 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...