 |
Исследование ученых Пермского Политеха поможет снизить шум двигателей самолетов на 5%
В современной авиации важным фактором комфорта пассажиров и пилотов является снижение уровня шума двигателей. Излишний шум вреден для здоровья человека. Для его уменьшения используются специальные звукопоглощающие конструкции. Ученые ПНИПУ модернизировали их элемент, что позволило повысить поглощение звука конкретной конструкции с 85% до 90-95%.
В современной авиации одним из ключевых факторов комфорта и безопасности пассажиров и пилотов является снижение уровня шума двигателей. На взлете он может достигать 110-150 дБ, в то время как для человеческого уха комфортным считается 20-40 дБ. Излишний шум способен воздействовать не только на слуховой аппарат, но также на работу сердечно-сосудистой и нервной системы, вызывать головные боли и повышенную утомляемость. Для уменьшения такого шума в авиации используются специальные звукопоглощающие конструкции. Ученые Пермского Политеха модернизировали один из их элементов, изменив физику течения воздуха, что позволило повысить поглощение звука конкретной конструкции с 85% до 90-95% на частотах 400-500 Гц и высоких уровнях звукового давления.
Статья опубликована в журнале «Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение». Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24-72-00037. Разработка проведена в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Современные турбореактивные двигатели становятся все более мощными, для чего их все чаще увеличивают в размерах. Однако больший диаметр ведет к повышению шума. Его основной источник — это вентилятор внутри двигателя, который из-за крупных габаритов генерирует звуковые волны преимущественно на низких частотах – ниже 500 Гц, в то время как комфортная слышимость для человеческого уха начинается выше 500 Гц. При длительном воздействии такой диапазон вреден для человека, поскольку приводит к болезням органов слуха, дыхания, нервной и сердечно-сосудистой системы.
Для борьбы с этим существуют различные инженерные решения. Например, на выходе двигателя устанавливают шумоглушащие сопла – это конусообразные или цилиндрические конструкции, которые уменьшают звук выхлопа за счет того, что изменяют направление потоков газов, выходящих из двигателя. Ранее ученые Пермского Политеха уже исследовали разные варианты этих сопел и их влияние на подавление звука. Однако они не уменьшают весь возникающий при работе самолета шум, поскольку устанавливаются снаружи и воздействуют только на реактивную струю, не влияя на сам вентилятор.
Для глушения звука внутри двигателя устанавливаются звукопоглощающие конструкции (ЗПК), которые представляют собой множество пустых ячеек-резонаторов, закрытых тонкими перфорированными листами. Каждая ячейка имеет одно, чаще несколько, отверстий, через которые внутрь попадают звуковые волны. Работает эта система следующим образом: звуковая волна через отверстия входит в резонатор, воздух в шейке (толщине перфорированного листа) начинает колебаться, и за счет трения о стенки энергия звука превращается в тепло. Так лишний шум глушится. Однако низкие частоты плохо поглощаются классическими ЗПК из-за ограничений по размерам и материалам.
Ученые Пермского Политеха нашли способ улучшить их работу, не увеличивая габариты ЗПК.
В России в настоящее время используются базовые резонаторные шейки, имеющие толщину перфорированного листа и гладкую внутреннюю поверхность. Исследователи же предложили удлинить шейку во внутренний объем резонатора и добавить на ее внутреннюю поверхность турбулизаторы – дополнительные неровные грани с выступами в виде ребер или гофр, которые помогают лучше поглощать возникающий шум. Эти элементы создают турбулентный поток, который, в отличие от плавного движения воздуха, обладает большим числом завихрений. Это значительно увеличивает трение и, соответственно, рассеивает больше звуковой энергии в тепло.
Ученые протестировали несколько моделей с разной степенью выраженности граней на поверхности шейки: без них, маломасштабные, среднемасштабные и крупномасштабные (изменение диаметров граней ≈ 0,6-0,8 мм). Сначала было проведено численное моделирование, затем – эксперименты на реальных образцах резонаторов диаметром 30 мм. Они были изготовлены методом 3D-печати из АБС-пластика с последующей доработкой проектной геометрии. Образцы тестировались в лаборатории ПНИПУ на интерферометре (высокоточный прибор для измерения акустических характеристик конструкций) с нормальным падением волн. В нем регистрировался коэффициент звукопоглощения при высоком уровне звукового давления – 150 дБ, что характерно для большинства реальных авиационных двигателей.
– Результаты показали, что лучше поглощают шум более крупные турбулизаторы с гранями в удлиненной шейке ≈ 0,6-0,8 мм. Также эффект можно усилить, увеличив количество шеек резонатора с одной до трех. Благодаря таким конструктивным решениям можно повысить звукопоглощение дополнительно на 5-7% в более широком диапазоне частот. То есть, если у обычной длинной и гладкой шейки на резонансной частоте этот показатель составляет 85%, то с использованием предложенной нами конструкции он будет доходить до 90-95% при высокой степени перфорации. В совокупности с другими методами это внесет существенный вклад в снижение авиационного шума, – объясняет Олег Кустов, доцент кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы», ведущий сотрудник Лаборатории механизмов генерации шума и модального анализа ЦАИ ПНИПУ.
В будущем ученые планируют продолжить исследования на более крупных моделях и в условиях скользящего потока, близкого к реальным условиям работы авиационного двигателя.
Исследование ученых Пермского Политеха поможет бороться с проблемой низкочастотного шума самолетов благодаря использованию особой конструкции турбулизаторов. Повышение эффективности звукопоглощающих конструкций позволит создавать более тихие и экономичные двигатели, что, в свою очередь, способствует устойчивому развитию гражданской авиации.
На фото: Изготовленные образцы резонаторов: а – без турбулизаторов; б – маломасштабные; в – среднемасштабные 1; г – среднемасштабные 2; д – крупномасштабные 1; е – крупномасштабные
Контактное лицо: Лидия Евгеньевна Попова (написать письмо автору)
Компания: ПНИПУ (все новости этой организации)
Добавлен: 06:23, 20.07.2025
Количество просмотров: 245
Страна: Россия
| Ученый ПНИПУ рассказал, как распознать и что делать при обморожении кожи, ПНИПУ, 17:53, 17.12.2025, Россия |
65 |
| С наступлением холодов риск обморожения становится реальной угрозой для каждого. Что делать, если почувствовали онемение и побеление кожи на щеках, пальцах рук или ног? Эксперт ПНИПУ рассказывает о первой помощи, которая поможет минимизировать ущерб для здоровья до визита к врачу. |
|
| Ученые Пермского Политеха рассказали, как выбрать подходящий чай и не навредить здоровью, ПНИПУ, 21:02, 13.12.2025, Россия |
253 |
| 15 декабря ежегодно отмечается День чая. Ученые Пермского Политеха рассказали, как производят разные виды этого напитка, какие из них нельзя употреблять натощак, почему белый чай не бодрит, а расслабляет, как получают разные вариации улуна, можно ли добавлять молоко в черный чай и многое другое. |
|
| Пермские ученые испытали добавку для ума и силы в пожилом возрасте, ПНИПУ, 21:02, 13.12.2025, Россия |
252 |
| Ученые Пермской фармакадемии и Пермского Политеха исследовали новую биодобавку «Дахар» на основе концентрата листьев персика с ДМАЭ — веществом, укрепляющим нейронные связи. Результаты показали, что ее прием значительно улучшает память, концентрацию и повышает физическую выносливость. |
|
|
|
