Ученые Пермского политехнического университета создали конусные звукопоглощающие панели для самолетов, которые уменьшают шум авиационных двигателей на 40 децибел, что в два раза более эффективно, чем текущие материалы.
В настоящее время средний уровень шума в салоне самолета составляет около 80–85 дБ, поэтому такое снижение может значительно повысить комфорт для пассажиров и снизить негативное воздействие на здоровье во время полетов. О том, как новая разработка может улучшить впечатления от полетов для россиян, рассказывается в материале «Известий».
Польза новой технологии
Исследователи Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) создали инновационную конструкцию звукопоглощающих панелей для авиационных двигателей. Она позволяет уменьшить уровень шума и одновременно снизить массу конструкции. Вместо стандартных шестигранных сот ученые применили ячейки в виде прямых и перевернутых конусов. Каждый элемент поглощает звук на своей частоте, а сочетание ячеек различных размеров помогает подавлять шум в широком диапазоне.
После длительных перелетов многие пассажиры ощущают гул в ушах и усталость. Это связано с тем, что уровень шума в салоне достигает 80–85 дБ — примерно как рядом с загруженной трассой. Для пилотов и бортпроводников это рабочие условия, которые со временем могут негативно сказываться на слухе. Шум также беспокоит жителей, живущих поблизости от аэропортов. По словам разработчиков, новая технология способна сократить эти риски. Образцы панелей были напечатаны на 3D-принтере для точного воспроизведения сложной формы, после чего они были протестированы на специализированной установке.
— Это звукоизолированная лабораторная установка, где создается тестовый шум в 130–150 децибел, что соответствует работе авиационного двигателя. Мы проверяли, как новая конструкция ведет себя в условиях, приближенных к реальным полетам. Сначала панель тестировалась без потока воздуха, затем — при скорости, близкой к полетной. Микрофоны фиксировали, сколько шума она поглощает. Для сравнения аналогичным образом была протестирована и обычная сотовая панель, — рассказала младший научный сотрудник НИЛ ПАКМ кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций» ПНИПУ Карина Ахунзянова.
По ее словам, испытания проводились на частотах от 1300 до 6200 Гц — именно в этом диапазоне формируется шум авиационных двигателей. Специалисты оценивали, на каких частотах панели работают лучше всего и как меняется их эффективность при появлении воздушного потока.
Результаты испытаний показали, что стандартная сотовая панель без потока воздуха эффективно снижает шум на низких частотах — на 51–54 дБ, однако на высоких ее эффективность снижается примерно до 14 дБ. При появлении воздушного потока показатели падают до 13–23 дБ.
— Конусная конструкция без потока воздуха стабильно работала на всех частотах и снижала шум на 38–40 дБ. Это хороший результат, позволяющий значительно уменьшить громкость двигателя. При появлении воздушного потока показатели почти не меняются — от 32 до 44 децибел. В отличие от сотовой панели такая конструкция практически не реагирует на поток воздуха и сохраняет эффективность в реальных условиях. Новые панели позволяют сделать самолеты тише без увеличения массы и удорожания производства, — отметил заведующий НИЛ ПАКМ кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций» ПНИПУ, кандидат технических наук Павел Писарев.
По данным ученых, новая конструкция примерно в полтора раза легче многослойных аналогов. При этом уровень звукопоглощения в среднем на 20 децибел выше, чем у классических однослойных панелей, а наибольшую эффективность она демонстрирует в диапазоне частот 2000–5400 Гц.
Разработка также менее чувствительна к небольшим погрешностям при производстве. Обычные панели настраиваются на три режима работы двигателя: взлет, посадка и крейсерский полет, поэтому даже незначительные отклонения могут снижать их эффективность. Новая конструкция предназначена для широкого диапазона частот, поэтому подобные погрешности практически не влияют на качество шумоподавления, добавил Павел Писарев.
Значение для современного авиапрома
Разработка может стать востребованной, если заявленные характеристики подтвердятся на практике, считает заведующий лабораторией Центра НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества» МГТУ имени Н. Э. Баумана Вячеслав Богачев.
— Если все действительно так, как описано, то технология будет востребована. Многочасовой гул в самолетах сильно утомляет пассажиров. Было бы полезно также доработать решение с точки зрения снижения вибрации. В целом проблемами акустики у нас занимается не так много специалистов, — считает он.
По словам эксперта, снижение шума на 38–40 дБ будет очень заметным для человеческого слуха. Шкала децибел не линейная, она отражает субъективные ощущения, поэтому речь идет не о двукратном, а примерно о четырехкратном снижении воспринимаемой громкости, добавил он. Разработка особенно важна в условиях импортозамещения, считает генеральный директор научно-производственного центра БАС Томской области, эксперт рынка НТИ «Аэронет» Денис Меликов.
— Шум остается серьезной проблемой при работе на большой мощности, а в некоторых случаях может стать демаскирующим фактором при использовании БПЛА. По сути, эта технология не имеет прямых аналогов: существующие решения в области шумоподавления относятся к другим типам акустических конструкций, — отметил он.
По словам эксперта рынка НТИ «Аэронет» Артема Богатырева, ключевое преимущество — использование 3D-печати, которая позволяет создавать сложную внутреннюю геометрию панели за одну операцию. — Главное достижение разработки — это не просто новая панель, а инновационный способ ее изготовления. Использование разновысотной 3D-печатной матрицы позволяет формировать сложную внутреннюю геометрию панели за одну операцию. Это решает давнюю проблему производства: высокую стоимость и большой процент брака при создании многослойных конструкций с разными по высоте ячейками, необходимые для эффективного подавления шума в широком диапазоне.
Он добавил, что в России уже применяются аналогичные решения. В частности, речь идет о стеклосотопластах, разработанных Обнинским научно-производственным предприятием «Технология» и используемых для двигателей ПД-8 и ПД-14.
Фото: hi-tech.mail.ru