13.07.2021
Авиационный шум — постоянная проблема общественного здравоохранения. Те, кто живет рядом с аэропортом, знают, насколько это громко. Самолеты могут генерировать до 75-80 децибел во время посадки, а это может повредить слух в долгосрочной перспективе. Например, исследования показали, что люди, подвергающиеся длительному воздействию авиационного шума, могут испытывать нарушение сна и повышенный риск инсульта и сердечных заболеваний по сравнению с теми, кто не живет вблизи аэропортов.
Источник шума самолета различен при подъеме и спуске. Во время взлета двигатели являются основным источником шума. С другой стороны, когда самолеты замедляют посадку, двигателям не требуется вырабатывать мощность, и они в основном работают на холостом ходу. В это время крылья начинают реконфигурировать себя, чтобы замедлить самолет и подготовиться к приземлению. Как и при открывании жалюзи, передний край створки отделяется от основного корпуса. Это изменение приводит к тому, что воздух врывается в созданное пространство, довольно сильно кружится и производит шум.
Исследователи из Техасского университета A&M провели вычислительное исследование, подтверждающее использование сплава с памятью формы для уменьшения неприятного шума самолета, возникающего при посадке. Они отметили, что эти материалы могут быть вставлены в качестве пассивных бесшовных наполнителей в крылья самолета, которые автоматически устанавливаются в идеальное положение во время снижения.
«При посадке авиационные двигатели задросселируются, поэтому они очень тихие. Любой другой источник шума, например, от крыльев, становится весьма заметным для людей на земле, — сказал доктор Даррен Хартл, доцент кафедры Департамент аэрокосмической техники. — Мы хотим создать конструкции, которые ничего не изменят в летных характеристиках самолета и при этом значительно уменьшат проблему шума».
Результаты работы опубликованы в Journal of Aircraft .
«Идея похожа на то, как создается звук во флейте, — говорит Хартл. — Когда играют на флейте, воздух, обдуваемый дырой, начинает кружиться вокруг нее, и размер, длина и то, как я закрываю дыры, производит резонансный звук определенной частоты. Точно так же циркулирующий воздух в бухте создавал между передней кромкой крыла и основным крылом резонирует и создает резкий неприятный шум».
Более ранняя работа сотрудников Хартла в НАСА показала, что наполнители, используемые в качестве мембраны в форме удлиненной буквы «S» внутри этой бухты могут обойти вызывающую шум циркуляцию воздуха и тем самым уменьшить дребезжащий звук. Однако систематический анализ материалов-кандидатов, которые могут принимать желаемую S-образную геометрию во время снижения, а затем углубляться обратно в переднюю кромку крыла после приземления, отсутствовал.
Исследователи провели всестороннее моделирование, чтобы выяснить, может ли мембрана из сплава с памятью формы двигаться вперед и назад, изменяя форму при каждой посадке. Их анализ учитывал геометрию, упругие свойства сплава с памятью формы и аэродинамический поток воздуха вокруг материала во время спуска. Для сравнения исследователи также смоделировали движение мембраны из полимерного композита, армированного углеродным волокном, при тех же условиях воздушного потока.
Такое моделирование требует больших вычислительных ресурсов, поскольку поток воздуха вокруг конформного материала должен моделироваться при анализе движения материала, индуцированного воздухом.
«Каждый раз, когда воздух оказывает давление на материал, материал движется. И каждый раз, когда материал движется, воздух вокруг него движется по-разному, — сказал Хартл. — Итак, поведение воздушного потока изменяет структуру, а движение конструкции изменяет воздушный поток».
Следовательно, команде пришлось провести расчеты сотни или тысячи раз, прежде чем движение материалов было правильно смоделировано. Когда они проанализировали результаты своего моделирования, они обнаружили, что и сплав с памятью формы, и композит могут изменить свою форму, чтобы уменьшить циркуляцию воздуха и, таким образом, уменьшить шум. Однако исследователи также обнаружили, что композит имеет очень узкое окно дизайна, которое позволяет подавлять шум.
В качестве следующего шага Хартл и его команда планируют проверить результаты своего моделирования с помощью экспериментов. В ходе этих испытаний исследователи поместят уменьшенные в масштабе модели крыльев самолетов с наполнителями из сплава с памятью формы в аэродинамические трубы. Цель состоит в том, чтобы проверить, могут ли наполнители разворачиваться в правильную форму и уменьшать шум почти в реальных ситуациях.
«Мы также хотели бы добиться большего, — сообщил Хартл. — Мы могли бы создавать меньшие конструкции, которые могут снизить уровень шума и не требуют S-образной формы, которые на самом деле довольно большие и потенциально тяжелые».
Материал: www.eurekalert.org
Нет комментариев