Учёные Пермского Политеха разработали уникальный вид звукопоглощающих конструкций перспективных авиадвигателей для гражданской авиации.
Динамический диапазон слуха обычного человека — до 130 дБ. Звук от взлетающего самолёта в 140 дБ может вызвать контузию, а при 160 дБ возможен разрыв барабанной перепонки. Конечно, никто не решится находиться рядом с взлетающим самолётом без защиты органов слуха, но некоторые аэропорты с большим трафиком расположены в границах городов. Повышенный шум вызывает дискомфорт и у горожан, и у работников аэропортов, и у авиапассажиров, и у лётчиков.
Международная организация гражданской авиации постоянно ужесточает стандарты по максимально допустимому уровню шума. Снижение его уровня — одна из важных проблем современного авиастроения, в том числе в России.
Специалисты из Пермского национального исследовательского политехнического университета нашли способ, как заметно снизить шум от авиадвигателей. Они полагают, что внедрение уникальной разработки позволит повысить конкурентоспособность отечественной гражданской авиации на мировом рынке.
Чтобы снизить шум авиадвигателя, его каналы «обшивают» звукопоглощающими перфорированными панелями с внутренним заполнителем. В таких звукопоглощающих конструкциях (ЗПК) заполнитель обычно выполнен в виде сот с жёсткими перегородками. Все известные ЗПК отличаются количеством слоёв, формой и типом заполнителя, но их стандартное использование не соответствует современным требованиям шумоподавления.
«Для создания недорогих акустически эффективных ЗПК, работающих в широком диапазоне частот, мы разработали концепцию однослойной ЗПК с разновысотным сотовым заполнителем. Ячейки в нём расположены по спиральной схеме и обладают различным объёмом и высотой, что позволяет увеличивать потери звуковой энергии сразу на нескольких частотах. Для проверки акустической эффективности нового заполнителя мы провели расчётно-экспериментальные исследования при уровне звукового давления 130 дБ, соответствующего уровню шума авиационного двигателя, — рассказал научный руководитель проекта, кандидат технических наук, доцент кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций» ПНИПУ Павел Писарев.
Применив компьютерное моделирование, учёные подобрали оптимальные геометрические характеристики разновысотных ячеек, а потом изготовили образцы заполнителя на 3D-принтере. Эксперименты проводили на интерферометре в виде трубы. На одном конце располагался образец ЗПК, на другом — динамик, воздействовавший на образец звуковыми волнами. Установленные рядом микрофоны записывали акустическое давление падающих и отражённых волн во времени.
«Полученные результаты подтвердили акустическую эффективность разработанной разновысотной звукопоглощающей конструкции, — рассказала младший научный сотрудник НИЛ ПАКМ кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций» ПНИПУ Карина Ахунзянова. — По сравнению с классической равномерной ЗПК диапазон рабочих частот нашей разработки выше на 50 %, и на 10 % стало эффективней поглощение шума».
Исследование учёных Пермского Политеха позволит создавать более эффективные звукопоглощающие конструкции для перспективных российских авиационных двигателей, в частности ПД-35, который используют в широкофюзеляжных пассажирских самолётах.
Исследование выполнено при поддержке государственного задания Минобрнауки РФ (проект № ФСНМ-2023-0006).
