Двигатель — основной источник шума в самолете. Поэтому авиаконструкторы дополняют его обязательным аксессуаром в виде шумоподавляющих конструкций. Как правило, их изготавливают из полимерного композита. Он представляет собой соединение нескольких разнородных материалов в один новый материал с новым набором свойств. С помощью полимерного композита самолет можно сделать легче, тише и аэродинамичнее. Однако наряду с имеющимися преимуществами изделия из композитных материалов обладают рядом недостатков, один из которых — высокая восприимчивость к образованию и накоплению дефектов между соединенными слоями. Исследователи из Пермского Политеха выяснили, что помочь авиастроению в решении этой проблемы для звукопоглощающих конструкций может технология 3D-печати. Исследование выполнено в рамках Программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030». Его результаты вносят вклад в обеспечение технологического суверенитета России.
В основе исследования, опубликованного в журнале «Дневник Науки» (№3, 2022г.), лежит оригинальная гипотеза, что на качество шумоподавления влияет не только материал детали, но и технология ее изготовления. В ходе эксперимента команда из ПНИПУ сравнила два образца звукопоглощающих конструкций авиадвигателя. Первый был изготовлен распространенным в авиастроении методом с помощью воздействия давления и температуры из полимерного композита, а второй – из ABS-пластика при помощи аддитивных технологий, более известных как 3D-печать.
— С целью исследования внутренней структуры изделий из полимерного композита, а также для выявления возникающих технологических дефектов, например, щелей, затекания и вспенивания клея, используются различные методы неразрушающего контроля. Для целей нашего исследования мы выбрали рентгенографию, поскольку она позволяет получить объемное представление о внутренней структуре образца и его скрытых дефектах, — прокомментировал ход эксперимента инженер кафедры ракетно-космической техники и энергетических систем аэрокосмического факультета ПНИПУ Олег Кустов.
С помощью рентгена ученым удалось зафиксировать дефекты и деформации образцов, влияющие на качество звукопоглощения. Далее образцы испытывались при высоких уровнях звукового давления – 140 и 150 децибел. Для этого их поместили в акустический интерферометр. Это устройство, смоделированное и изготовленное в 2018 году в лаборатории механизмов генерации шума и модального анализа (ЛМГШиМА) центра акустических исследований ПНИПУ, генерирует акустическое воздействие при высоких уровнях звукового давления.
Результаты эксперимента показали расхождение акустических характеристик образцов. Так, образец, изготовленный при помощи аддитивных технологий, оказался более эффективен в звукопоглощении, чем его оппонент, созданный традиционным промышленным способом. А значит, технология 3D-печати может найти новое применение в авиастроении.
Для справки
Пермский Политех стал обладателем гранта «Приоритет 2030» в 2021 году. Его размер составил 100 млн рублей. «Приоритет 2030» является самой масштабной в истории России программой государственной поддержки и развития высших учебных заведений. Ее цель — формирование к 2030 году в России более 100 прогрессивных современных университетов, которые станут центрами научно-технологического и социально-экономического развития страны. Всего комиссия Минобрнауки РФ включила в программу «Приоритет 2030» 106 вузов из 49 городов страны, из них 60 % — региональные университеты.