Метод ученых Пермского Политеха поможет снизить шум авиадвигателя

Двигатель один из основных источников шума в самолете. В зоне аэропортов шум на местности достигает максимальных значений, что приносит людям существенный дискомфорт. Чтобы снизить шумовое воздействие, каналы авиационного двигателя облицовывают звукопоглощающими конструкциями – ЗПК. Большинство методов, которые используют для определения акустических характеристик ЗПК, подходят для лабораторных, но не реальных условий. Единственным методом, применяемым непосредственно на авиационном двигателе, является метод Дина. Изначально он был разработан для случая равномерного распределения давления звуковой волны на дне резонатора. Когда звуковое поле более сложное, а давление неравномерное, формула Дина дает неправильные значения. Для устранения этой проблемы ученые Пермского Политеха адаптировали метод Дина под случаи сложной структуры звукового поля. Результаты помогут отечественным разработчикам авиационных двигателей повысить точность настройки звукопоглощающих облицовок для более эффективного снижения шума.

Исследование опубликовано в журнале «Acoustics», 2022. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда и Пермского края. Исследования проводились в рамках Программы академического стратегического лидерства «Приоритет-2030».

При настройке звукопоглощающих облицовок авиадвигателей ориентироваться на такую характеристику как коэффициент звукопоглощения нельзя. Все потому, что в каналах двигателя звук относительно ЗПК падает по касательной, а не по нормали. Таким образом, при проектировании конструкции нам важен не коэффициент звукопоглощения, а импеданс. Хорошо подобранный импеданс ЗПК воздействует на звуковые волны таким образом, что они приобретают высокое затухание. В результате из двигателя наружу излучается гораздо меньше звуковой энергии, – рассказывает руководитель гранта, кандидат технических наук, доцент кафедры ракетно-космической техники и энергетических систем ПНИПУ Вадим Пальчиковский.

Акустический импеданс – основополагающая характеристика звукопоглощающей облицовки. Это комплексная величина, которая зависит от уровня звукового давления, частоты, скорости потока, а также от геометрических параметров конструкции. Поэтому подбор импеданса достаточно сложная проектировочная задача. 

При лабораторных испытаниях мы не можем в полной мере реализовать те условия, которые происходят на натурном двигателе. Единственный метод, который позволяет измерить импеданс конечной звукопоглощающей конструкции в реальных условиях – метод Дина. В нем используют тонкие измерительные зонды, которые можно установить прямо в звукопоглощающую облицовку, – рассказывают ученые.

Получить значения акустического давления на лицевой поверхности и на дне резонатора политехники смогли благодаря расчетам, которые представляли собой численное моделирование.

Численное моделирование, которое заменяет натурный эксперимент, моделирует внутренний канал интерферометра – измерительного прибора – с присоединенным образцом звукопоглощающей конструкции. В результате мы смогли подробно увидеть звуковое поле на дне резонатора. Модифицировав формулу Дина под случаи сложной структуры поля, мы получили более точные параметры импеданса, – дополняют ученые.

Работа пермских ученых поможет более точно настраивать звукопоглощающие конструкции на нужный импеданс и, соответственно, эффективнее снижать звук в канале авиационного двигателя. А самолет, который облицован такими ЗПК, будет шуметь меньше. 

Для справки:

Пермский Политех стал обладателем гранта «Приоритет 2030» в 2021 году. Его размер составил 100 млн рублей. «Приоритет 2030» является самой масштабной в истории России программой государственной поддержки и развития высших учебных заведений. Ее цель – формирование к 2030 году в России более 100 прогрессивных современных университетов, которые станут центрами научно-технологического и социально-экономического развития страны. Всего комиссия Минобрнауки РФ включила в программу «Приоритет 2030» 106 вузов из 49 городов страны, из них 60 % –региональные университеты.