Взлетаем тихо! Ученые ПНИПУ разработали новый вид звукопоглощающих конструкций для самолетов

Фото: Domagoj Ćosić, unsplash.com

Ученые Пермского Политеха разработали уникальный вид звукопоглощающей конструкции. Внедрение результатов исследования позволит повысить конкурентоспособность отечественной гражданской авиации на мировом рынке.

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 ПНИПУ 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, кандидат технических наук, доцент кафедры «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 Пермского Политеха позволит создавать более эффективные звукопоглощающие конструкции для перспективных российских авиационных двигателей, в частности ПД-35, который используют в широкофюзеляжных пассажирских самолетах.

По результатам международной научно-технической конференции «Скоростной транспорт будущего: перспективы, проблемы, решения» опубликована статья. Исследование выполнено при поддержке государственного задания Минобрнауки РФ (проект № ФСНМ-2023-0006).