207

Спасите наши уши. Разработчики нашли способ снизить уровень шума самолёта

Еженедельник "Аргументы и Факты" № 48. АиФ-Прикамье 01/12/2021 Сюжет Разработки пермских учёных
Решение пермских учёных поможет уменьшить гул самолётов.
Решение пермских учёных поможет уменьшить гул самолётов. / Виктор Крутов / АиФ

Работа сверхмощной техники всегда сопровождается шумом. Многие годы учёные бьются над созданием изоляционных материалов, которые позволят снизить вредное воздействие шума самолётов и повысить акустический комфорт пассажиров.

Очередной шаг к созданию бесшумной техники сделали пермские разработчики. Они придумали методику, которая поможет свести к минимуму шум от работы авиадвигателя. В перспективе эта разработка поможет создавать российские самолёты, соответствующие мировым стандартам, и избежать больших штрафов за превышение шумовых характеристик.

О том, как создавалась технология «АиФ-Прикамье», рассказал выпускник аспирантуры ПНИПУ, младший научный сотрудник лаборатории механизмов генерации шума и модального анализа Центра акустических исследований Пермского политеха Олег Кустов.

Управление звуком

Наталья Стерледева, «АиФ-Прикамье»: Олег Юрьевич, с чего начались ваши работы?

Олег Кустов:  В 2014 году была создана наша лаборатория шума и модального анализа. У каждого сотрудника было своё направление: кто-то занимался локализацией источников шума, кто-то способами снижения шума вентилятора, другие старались снизить шум струи воздуха авиационного двигателя. Сначала мы создали экспериментальную установку для первичной оценки акустических характеристик материалов – интерферометр. В ней два микрофона фиксируют звуковую волну, падающую и отражённую от образца звукопоглощающей конструкции. Работали в связке с пермским конструкторским бюро, создающим авиадвигатели. Брали у них образцы и анализировали, насколько точно работает наш интерферометр. Результаты, полученные при работе нашей экспериментальной установки, сравнивали с результатами похожего оборудования в московском институте ЦАГИ и на авиастроительном предприятии в Перми. Сначала в результатах были небольшие расхождения. Мы модернизировали установку и запатентовали. Сейчас она отличается от всех аналогичных устройств, существующих в России. Пневматическая система с регулированием поджатия исследуемого образца даёт жёсткую фиксацию и очень высокую точность получаемых показаний. Теперь на ней мы проводим свои эксперименты.

Установку модернизировали установку и запатентовали. Сейчас она отличается от всех аналогичных устройств, существующих в России.

– В мире есть подобные установки?

– Нет. Она уникальна. Когда мы писали патент, анализировали аналоги, начиная с сороковых годов XX века. Её оригинальность была подтверждена. С помощью этой установки мы можем анализировать акустические характеристики образцов в любую погоду, учитывая атмосферное давление и другие сопутствующие факторы. При этом точность показаний очень высокая, результатам экспериментов можно верить. Параллельно с созданием этого оборудования мы вели расчёты и занимались численным моделированием, чтобы понять, как распространяется акустическая волна внутри образцов многослойных звукопоглощающих конструкций.

В семидесятых годах, когда разрабатывались используемые в самолётах материалы, не было современных программ, которые позволяли бы точно представить все акустические процессы, происходящие внутри конструкций. И некоторые коэффициенты в формулах, которые использовались при создании звукопоглощающих материалов, были упрощёнными. Всё происходило так: проводили серию экспериментов, учёный приблизительно выводил значение коэффициента. Но невозможно было учесть многие сложные процессы. Например, на высоких уровнях звукового давления (около 150 дБ) возникают нелинейные эффекты – турбулентность, вихри и пр. Эти сложные физические процессы нужно было учесть.

Мы разработали методику численного моделирования, которая позволяет произвести расчёты с учётом многих таких нюансов, проанализировать показатели в конкретных точках внутри и на поверхности звукопоглощающего образца и получить те данные, которые нам интересны. Например, узнать скорость в отверстиях звукопоглощающей конструкции, которую раньше получить с высокой точностью было почти невозможно.

Акустический интерферометр
Акустический интерферометр. Фото: Из личного архива/ Олег Кустов

В реальном воздухозаборном устройстве, в районе вентилятора двигателя, звукопоглощающая панель достаточно большая. Мы же начинаем с малого – исследуем образцы диаметром 30 и 50 мм. В последние годы образцы производим с помощью аддитивных технологий. Они должны иметь особую геометрию, соответствующую используемым в авиации звукопоглощающим панелям. И ошибки даже в десятые доли миллиметров оказывают влияние на результат. Подтвердив эффективность образца с помощью своей методики, мы можем проводить эксперименты уже на более крупных образцах. Но это следующий этап тестирования.

На языке математики

– В чём выгода от применения математического моделирования в анализе звукопоглощающих конструкций?

– Благодаря точному определению и учёту всех внутренних процессов методом математического моделирования мы получаем максимально достоверные значения, близкие к результатам эксперимента – с точностью до 98 %. Это очень высокий показатель. Сначала мы проводили такие опыты на упрощённых образцах, а потом перешли к реальным звукопоглощающим конструкциям, которые используются в самолётостроении, в авиадвигателях. Разработав эту методику, мы можем теперь работать над новыми, улучшенными моделями звукопоглощающих конструкций. Например, в мире сейчас активно внедряют комбинированные панели – внутрь конструкции добавляют дополнительные элементы или кардинально меняют стандартную геометрию. Мы тоже можем внести изменения в существующие конструкции, а с помощью нашей методики быстро рассчитать акустические характеристики улучшенных материалов, посмотреть, насколько они эффективны. При этом не нужно запускать дорогостоящие технологические процессы. Рекомендации мы можем дать уже на раннем этапе.

– Где будут применять ваши разработки?

– Сейчас у нас есть договорные работы с пермским конструкторским авиастроительным бюро – работаем над снижением шума вентилятора авиадвигателя. Но этот подход можно применить в самых разных сферах – для снижения шума газоперекачивающих агрегатов, например, или в строительной отрасли, чтобы сделать стены зданий звуконепроницаемыми.

Комментарий

Депутат Государственной думы от Пермского края Антон Немкин:

«В Пермском крае создана хорошая научная школа с традициями, работает много предприятий. Всё это позволяет пермским учёным, инженерам и конструкторам раскрывать свой потенциал. Уверен, уникальные разработки Центра акустических исследований ПНИПУ по снижению шума самолётов будут востребованы на рынке, так как отвевают современным мировым требованиям, в том числе по экологичности».

Оставить комментарий (0)

Также вам может быть интересно

Загрузка...

Топ 5 читаемых

Самое интересное в регионах