Длительное воздействие шума от авиационных двигателей, как установили учёные, негативным образом отражается на человеческом слухе, может вызывать постоянную усталость и раздражительность. Если учитывать, что около 3% россиян подвергаются такому воздействию, находясь вблизи аэропортов (а некоторые проживают рядом с ними), проблему можно назвать достаточно глобальной.
Специалисты Пермского национального исследовательского политехнического университета установили, какая конструкция снижает уровень шума на низких и высоких частотах. Результатами своей работы они поделились на страницах научного журнала Russian Aeronautics.
Шум в авиадвигателе возникает, когда реактивная струя турбулизирует воздух. Также шум может быть следствием взаимодействия двигателя с окружающей средой или частями самолёта. Сейчас производители летательных транспортных средств снижают уровень шума путём увеличения диаметра двигателя, из-за чего уменьшается скорость выхлопа и, как итог, его шум.
Сейчас авиадвигатель устанавливается, либо под крылом, либо над ним. В первом случае, если увеличить его диаметр, уменьшиться расстоянием между двигателем и крылом, что приведёт к повышению низкочастотного шума. В случае расположения над, снизится шума реактивной струи, однако, если двигатель установить слишком близко, увеличится шум взаимодействия воздушной струи и крыла самолета.
А авиастроении для решения данной задачи используются шумопоглащающие сопла. Это специальные каналы, которые могут иметь форму конуса или цилиндра, — они предназначены для ускорения и направления потока газов. К самым распространённым моделям относятся шевронное сопло с треугольными зубцами на края и гофрированное с рифлением в виде лепестков. За стенами Пермского политеха провели исследование и выяснили, что лучше всего с шумом авиационных двигателей справляется гофрированное сопло с небольшим числом лепестков (5-6 штук).
«Мы рассматривали конические, шевронные и гофрированные сопла одинаковых размеров с двенадцатью шевронами-лепестками. Эксперименты проводились в камере со специальной установкой, в которой можно исследовать шум от однопроводной струи со скоростью потока до 0,65 М. Сопла изготавливали с помощью 3D-принтера. Поток для них создавался двумя последовательно соединенными вентиляторами мощностью 45 кВт, а шесть микрофонов измеряли исходящий шум. Как показали эксперименты, шевронное сопло снижает низкочастотный шум в области максимума спектра излучения на величину около двух децибелл, но на частотах выше 6 000 Гц наблюдался паразитный высокочастотный шум – до 1,3 дБ на частоте 12 000 Гц. В то же время гофрированное сопло с двенадцатью лепестками уменьшало шум до 2,5 дБ во всем исследованном диапазоне частот», – комментирует Олег Кустов, ведущий научный сотрудник лаборатории механизмов генерации шума и модального анализа Центра акустических исследований ПНИПУ, кандидат технических наук.
При уменьшении расстояния с пластиной, которая имитировала крыло, удалось установить, шевронное сопло увеличивало шум, а гофрированное, наоборот, снижало. При этом учёные отмечают, реальный эффект от гофрированного сопла будет наблюдаться только в том случае, когда шум струи доминирует над другими источниками шума самолета в сертификационных точках. К тому же, инженерам в любом случае необходимо выполнять многостороннюю проверку акустических и аэродинамических характеристик для каждой конкретной компоновки.
Исследования, провело пермскими учёными, в будущем помогут усовершенствовать конструкцию авиационных двигателей, сделав жизнь пассажиров, работников аэропортов и тех, кто проживает рядом с взлётно-посадочными полосами, более комфортной.
