Спасите наши уши. Разработчики нашли способ снизить уровень шума самолёта

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.

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».

Робот между нами. Олег Кивокурцев о том, как дроиды проникли в нашу жизнь Подробнее