Советские реактивные двигатели (особенно военные) кажутся очень шумными главным образом из‑за низкой степени двухконтурности или вообще её отсутствия, высоких скоростей истечения газа и работы форсажа, тогда как современные крупные гражданские турбовентиляторные двигатели дают большую тягу за счёт медленной, «толстой» струи вентилятора и потому звучат заметно тише при сопоставимой или большей тяге. При этом внешне новые двигатели крупнее, но значительную часть их диаметра занимает сравнительно «тихий» вентилятор и холодный внешний контур, который экранирует шум горячей струи.airnav+2
Откуда берётся шум реактивного двигателя
Основные источники шума ГТД хорошо известны и мало зависят от страны происхождения двигателя.k204+1
- Реактивная струя: турбулентное смешение быстрой горячей струи с окружающим воздухом, особенно при сверхзвуковой скорости истечения и наличии ударных волн на срезе сопла.kommersant+2
- Вентилятор и компрессор: тональный шум от пролёта лопаток мимо стоек и корпуса, растущий с увеличением скорости вращения.disser.spbu+1
- Турбина, форсаж, резонансные эффекты сопла: добавляют высокочастотные и низкочастотные компоненты, причём форсаж сильно усиливает шум из‑за догорания топлива в струе при высоком давлении.akzh+1
Ключевой параметр, определяющий громкость реактивной струи, — скорость и плотность истечения: чем выше скорость и перепад давления в сопле, тем громче и «жёстче» шум.avia-simply+1
Почему советские двигатели были особенно шумными
Большинство советских гражданских истребительных двигателей 60–80‑х годов — это турбореактивные или низко‑/среднедвухконтурные установки с относительно небольшой массовой расходом воздуха и высокой скоростью струи.airwar+2
- Низкая степень двухконтурности: двигатели типа Д‑30 (Ту‑134/154) имеют малый байпас, струи обоих контуров смешиваются внутри и выходят в виде одной быстрой «реактивной струи». Это громче, чем экранированная «холодной» струёй схема современных ТРДД с высокой степенью двухконтурности.airbase
- Чистые ТРД и форсаж: военные двигатели АЛ‑21Ф, Д‑30Ф6, Р‑25 и др. создают значительную часть тяги именно горячими газами, часто в режиме форсажа через сверхзвуковое сопло, что ведёт к крайне высоким уровням шума.wikipedia+3
Для обеспечения высоких скоростей и скороподъёмности советские истребители делали ставку на высокую удельную тягу и возможность длительного полёта на сверхзвуке, что требовало больших температур и скоростей потока за турбиной и в сопле, а это автоматически увеличивает акустическое излучение.topwar+2
- Сверхзвуковые сопла форсажных камер, применённые уже на АЛ‑21Ф и затем на Д‑30Ф6 (МиГ‑31), формируют сложное поле ударных волн и турбулентных структур в струе, что даёт характерный «грохот» при разгоне и полёте на форсаже.wikipedia+2
- Отсутствие жёстких гражданских норм по шуму для военных машин позволяло принимать компоновочные решения исключительно из соображений тяги и надёжности, почти не ограничивая акустическую мощность двигателя.k204+1
Даже советские гражданские лайнеры того времени проектировались по нормам ИКАО гораздо более мягким, чем действующие сейчас, поэтому шумовые требования были существенно ниже современного уровня и не диктовали радикального роста двухконтурности или сложных шумопоглощающих конструкций.akzh+1
Чем принципиально отличаются современные крупные двигатели
Современные гражданские двигатели (CFM LEAP, PW1000G, ПД‑14 и др.) — это уже высоко‑ и сверхвысокодвухконтурные турбовентиляторные установки, в которых основная тяга создаётся вентилятором, а не горячей реактивной струёй внутреннего контура.techinsider+2
- Высокая степень двухконтурности: большая часть воздуха не сгорает с топливом, а проходит через внешний контур, создавая тягу за счёт выброса относительно «холодной» и медленной струи.reddit+2
- Экран горячей струи: если струи контуров не полностью смешиваются, поток вентилятора частично экранирует шум более быстрой внутренней струи, снижая общий уровень шума.airnav+1
С точки зрения аэродинамики, для получения той же тяги выгоднее ускорить большой объём воздуха немного, чем малый объём — до очень высокой скорости, и именно эта концепция лежит в основе современных тихих ТРДД.techinsider+1
- Рост диаметра вентилятора: внешний габарит двигателя на современных лайнерах сильно увеличился, однако это «глухой» по шуму объём, где скорость потока ниже, а давление на выходе меньше, чем у старых ТРД.airnav+1
- Смешение и охлаждение: холодный поток снижает температуру и давление смеси на выходе, уменьшая интенсивность турбулентности и шум струи при взаимодействии с окружающим воздухом.techinsider+1
Дополнительно применяется целый комплекс конструктивных мер по шумопонижению: профилированные и «шевронные» срезы сопел, оптимизированная геометрия лопаток, шумопоглощающие панели в воздухозаборнике и сопле, активные и пассивные методы снижения тонального шума вентилятора.mai+2
Роль норм ИКАО и новых технологий
Уровни допустимого шума у земли и на трассе полёта для гражданских самолётов жёстко ограничены стандартами ИКАО, которые многократно ужесточались с 1970‑х годов до наших дней.mai+2
- Для соответствия современным главам ИКАО производители были вынуждены радикально увеличивать степень двухконтурности, снижать удельную струйную мощность и внедрять развитые шумопоглощающие конструкции.mai+1
- При сертификации новые самолёты должны укладываться в строгий «шумовой бюджет» в разных конфигурациях (взлёт, пролёт, посадка), что прямо задаёт требования к акустике двигателя и аэродинамике планера.akzh+1
Большую роль играет и цифровое проектирование: сейчас формы лопаток вентилятора, компрессора и сопловых кромок подбираются с учётом не только аэродинамики и прочности, но и формирования акустического поля, моделируемого методами вычислительной гидродинамики и aeroacoustics.disser.spbu+2
- Появились редукторные турбовентиляторные двигатели (GTF), где редуктор позволяет вращать вентилятор медленнее, а турбину — быстрее, что снижает шум вентилятора при сохранении высокой эффективности.airnav+1
- Вводятся «тихие» профили лопаток с уменьшенной кавитацией и оптимизированным пролётом мимо стоек, что сокращает тональные пики в спектре шума.disser.spbu+1
Почему большие современные двигатели субъективно тише
В итоге современный двигатель может иметь значительно больший диаметр и тягу, но субъективно казаться менее шумным, чем компактный советский ТРД.airbase+2
- Основная тяга создаётся вентилятором с относительно медленной холодной струёй, а шумная горячая струя внутреннего контура частично экранирована и имеет меньший перепад давления на сопле.techinsider+1
- Спектр шума смещён в более низкочастотную область, менее раздражающую слух и лучше поглощаемую конструкциями и атмосферой.mai+2
Советские же двигатели, особенно военные, создавали большую часть тяги горячей, часто сверхзвуковой струёй при работе форсажной камеры, что формировало мощный высокочастотный и широкополосный шум, хорошо слышимый на больших расстояниях. Поэтому при сравнении «на глаз» и «на ухо» создаётся впечатление, что старые, относительно небольшие двигатели «орут», а современные гиганты на крыле широкофюзеляжника — «едва слышны», хотя по фактической тяге и энергопотоку последние существенно превосходят своих предшественников.kommersant+5
