Авиадвигатели нового поколения наконец-то могут стать бесшумными — разгадан механизм их гула

Физикам удалось понять источник слишком громкого звука, который издают двигатели нового поколения — они будут иначе встраиваться в самолеты и поглощать меньше топлива, но пока получаются слишком громкими. Об открытии сообщает Бристольский университет (Великобритания).

Новый тип двигателей

Разработку двигателей нового типа ведут, например, в NASA. Инженеры этой организации считают, что энергоэффективность самолетов можно повысить, если установить винты в другое место.

Если сейчас на реактивных самолетах двигатели обычно располагаются на крыльях вдали от корпуса, то при новой конструкции они будут встроены в корпус в задней части фюзеляжа (в некоторых других проектах — вплотную примыкают к нему). Сейчас двигатели отдаляют от корпуса, чтобы избежать поглощения пограничного слоя — того воздуха, который обтекает поверхность самолета. А новый тип двигателя, наоборот, специально конструируют для эффективной работы с этим слоем и создания дополнительной тяги за счет него.

Предполагается, что эта тяга от поглощения пограничного слоя (ее принято обозначать BLI) понизит нагрузку на системы самолета, а поглощение этого воздуха снизит сопротивление, которое преодолевает летательный аппарат. В итоге все это должно сократить расход топлива. Согласно аналитическим исследованиям, — на 8,5%. А это не только выгодно экономически, но и наносит меньше вреда природе.

Подобные проекты прорабатывают и другие организации, среди заявленных моделей с BLI-двигателями Bell X-22A, Embraer X, Airbus E-fan, Lilium Jet и другие. В некоторых происходит поглощение воздуха с плоской части фюзеляжа, в некоторых — с изогнутой.

Загадочный шум

Непредсказуемость шума и непонимание его причин сейчас являются одним из главных недостатков BLI- двигателей.

«Насколько они будут громкими или тихими, до сих пор сложно было угадать, особенно когда речь идет о поглощении потока воздуха со стороны изогнутой поверхности фюзеляжа. Предыдущие исследования конфигураций BLI-двигателей в основном были сосредоточены на тех, которые не имеют кольцевого обтекателя вокруг винта (так называют цилиндрический корпус вокруг двигателей самолетов — прим. Ред.) и поглощают пограничный слой с плоских поверхностей планера. Однако существует пробел в знаниях, когда речь идет о BLI-двигателях с винтами в кольцевом обтекателе, да еще и всасывающих воздух с изогнутых поверхностей фюзеляжа», — рассказывает доктор Фероз Ахмед.

Чтобы ответить на накопившиеся вопросы, ученые разработали испытательный стенд BLI с электродвигателем, винты которого были размещены внутри цилиндрических обтекателей и притоплены внутрь макета изогнутого фюзеляжа, как у самолетов наподобие ONERA NOVA.

С двигательной установки были собраны разнообразные данные: измерения мощности тяги винтов, уровня создаваемого шума и другие.

Анализируя сложные механизмы возникновения шума, исследователи обнаружили, что он по-разному образовывался при разных уровнях тяги. Когда она была выше, характер звука напоминал ту, что наблюдается у винта без обтекателя. Когда более слабой — шум определенно издавал сам обтекатель.

В итоге удалось доказать, что в BLI­-двигателях шум образуется из трех источников: от воздуха, затекающего внутрь установки по изогнутой поверхности самолета, от работы винтов и от укрывающего их обтекателя.

«Наше исследование раскрывает острую проблему шума, которая представляет собой серьезное препятствие для получения сертификатов. Поняв механизмы шума в вентиляторах с кольцевыми обтекателями, мы надеемся, что можно будет разработать промышленные рекомендации для создания более тихих силовых установок, которые будут интегрироваться в фюзеляжи будущих моделей от крупногабаритных самолетов до небольших электроаппаратов с вертикальным взлетом и посадкой», — добавил доктор Ахмед.