В авиации предъявляют высокие требования к снижению уровня шума самолетов на местности. Чтобы самолеты летали тише, в авиационных двигателях используют звукопоглощающие конструкции (ЗПК). Однако международная организация гражданской авиации (ИКАО) постоянно ужесточает стандарты, которым сегодня не соответствует ни один эксплуатируемый самолет российского производства. Для решения этой проблемы требуется разработка новых систем снижения авиационного шума. Ученые Передовой инженерной школы ПНИПУ разработали уникальный вид звукопоглощающей конструкции. Внедрение результатов исследования позволит повысить конкурентоспособность отечественной гражданской авиации на мировом рынке.
По результатам международной научно-технической конференции «Скоростной транспорт будущего: перспективы, проблемы, решения» опубликована статья. Исследование выполнено при поддержке Передовой инженерной школы «Высшая школа авиационного двигателестроения» и государственного задания Минобрнауки РФ (проект № ФСНМ-2023-0006).
Двигатель летательного аппарата — это главный источник авиационного шума. С появлением более мощных установок допустимые пределы превышаются. Диапазон слышимости звуков для человека находится в пределах от 0 до 120 дБ. Выше этого значения — болевой порог. Звук интенсивностью в 140 дБ (взлетающий самолет) может вызвать контузию. При 160 дБ возможны разрывы барабанной перепонки. Борьба с шумом в авиации играет ведущую роль.
Чтобы снизить шум авиадвигателя, его каналы «обшивают» звукопоглощающими перфорированными панелями с внутренним заполнителем. В таких звукопоглощающих конструкциях (ЗПК) заполнитель, как правило, выполнен в виде сот с жесткими перегородками. Все известные ЗПК отличаются количеством слоев, формой и типом заполнителя, но сейчас их стандартное использование не соответствует современным требованиям шумоподавления. Ученые ПИШ ВШАД предлагают новое направление в снижении авиационного шума.
— Для создания недорогих акустически эффективных ЗПК, работающих в широком диапазоне частот, мы разработали концепцию однослойной ЗПК с разновысотным сотовым заполнителем. Ячейки в нем расположены по спиральной схеме и обладают различным объемом и высотой, что позволяет увеличивать потери звуковой энергии сразу на нескольких частотах. Для проверки акустической эффективности нового заполнителя мы провели расчетно-экспериментальные исследования при уровне звукового давления 130 дБ, соответствующего уровню шума авиационного двигателя, — поделился научный руководитель проекта ПИШ ВШАД, кандидат технических наук, и.о. заведующего кафедрой «Механика композиционных материалов и конструкций» ПНИПУ Павел Писарев.
С помощью компьютерного моделирования ученые подобрали оптимальные геометрические характеристики разновысотных ячеек ЗПК, а затем изготовили образцы заполнителя на 3D-принтере для проведения экспериментов. Интерферометр, на котором проводились эксперименты, представляет собой трубу круглого сечения. На одном конце располагается образец ЗПК, на другом — динамик, который воздействует на образец звуковыми волнами. На некотором расстоянии от образца установлены микрофоны, они записывают акустическое давление падающих и отраженных волн во времени.
Политехники обрабатывали полученное в ходе эксперимента звуковое давление и вычисляли импеданс. Это основная характеристика ЗПК, ее оптимальное значение обеспечивает максимальное затухание звуковых волн в канале.
— Полученные результаты подтвердили акустическую эффективность разработанной разновысотной звукопоглощающей конструкции. По сравнению с классической равномерной ЗПК диапазон рабочих частот нашей разработки выше на 50%, и на 10% стало эффективней поглощение шума, — рассказала младший научный сотрудник НИЛ ПАКМ кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций» ПНИПУ Карина Ахунзянова.
Использование новых нестандартных форм заполнителя в ЗПК открывает больше возможностей для лучшего шумоподавления в авиации. Исследование ученых ПИШ позволит создавать более эффективные звукопоглощающие конструкции для перспективных российских авиационных двигателей, в частности ПД-35, который используют в широкофюзеляжных пассажирских самолетах.