Ученые Пермского Политеха под руководством Олега Кустова добились впечатляющих успехов в снижении шума современных турбореактивных двигателей, реализуя проект при поддержке Российского научного фонда. Эта работа стала частью масштабной программы «Приоритет 2030», направленной на развитие отечественной науки и повышение конкурентоспособности российских вузов на мировом уровне.
Проблема шума современных авиационных двигателей
С каждым годом мощность и размеры турбореактивных двигателей увеличиваются, что неизбежно ведет к росту акустических нагрузок. Главный источник шума — вентилятор, создающий интенсивные низкочастотные звуковые волны (до 500 Гц). Именно такие частоты накапливаются во время длительных авиаперелетов и негативно сказываются на здоровье экипажа, пассажиров и жителей местности, расположенной вблизи аэропортов. Они могут стать причиной нарушений работы слуха, а также нервной, дыхательной и сердечно-сосудистой систем.
В связи с этим перед конструкторами стоит задача не только строить более мощные, но и более тихие двигатели, чтобы обеспечить экологическую безопасность и максимальный комфорт для общества.
Традиционные методы и их ограничения
Борьба с шумом авиационных двигателей велась и ранее: инженеры применяли специальные глушащие сопла, изменяющие направление выхлопных газов и уменьшающие интенсивность звука. Однако эти сопла воздействуют преимущественно на шум от реактивной струи, а не на основной источник — внутренний вентилятор. Для еще большего снижения шума разрабатываются и устанавливаются звукопоглощающие конструкции (ЗПК) внутри двигателя. Такие системы состоят из множества резонаторных ячеек, закрытых перфорированными пластинами. Принцип работы заключается в проникновении звуковых волн в резонатор через отверстия, где из-за колебаний воздуха и возникающего трения происходит преобразование звуковой энергии в тепло, что помогает ослабить акустический фон.
Тем не менее, традиционные ЗПК в недостаточной степени справляются с низкочастотными звуками, основная причина чего — технологические ограничения по размеру и материалам, используемым при их изготовлении.
Прорывное решение от Пермского Политеха
Команда под руководством Олега Кустова предложила новое конструкторское решение, позволяющее повысить эффективность ЗПК без необходимости увеличения их размеров. Ученые оптимизировали внутреннюю структуру ячеек-резонаторов и тщательно подобрали материалы перфорированных пластин. В результате такой модернизации уровень поглощения низкочастотного шума заметно повысился. Проведенные эксперименты показали, что разработка способна снизить общий уровень шума турбореактивных двигателей на 10%, что является значительным шагом вперед для всей отрасли, ориентированной на выполнение современных экологических и санитарных требований.
Это инженерное решение позволит создавать авиацию будущего, которая будет не только мощнее и экономичнее, но и гораздо тише, что важно для развития инфраструктуры аэропортов и уменьшения влияния транспортных систем на окружающую среду.
Польза для общества и перспективы развития
Инициатива Пермского Политеха, поддержанная Российским научным фондом, открывает новые горизонты для внедрения инновационных технологий в авиационном и транспортном машиностроении. Кроме значительного акустического комфорта пассажиров и экипажа, данные решения благоприятно скажутся на жителях городов и пригородных районов, находящихся вблизи взлетно-посадочных полос.
Достижения команды Олега Кустова получили признание в профессиональном сообществе и зарекомендовали себя как перспективное направление для дальнейших исследований. В будущем их наработки могут лечь в основу новых ГОСТов и стандартов по уровню шума для авиационной техники, что даст толчок дальнейшему развитию отечественной и мировой авиационной промышленности. Таким образом, успех российских ученых символизирует уверенный шаг навстречу высокотехнологичному и экологичному транспорту.
Современные российские системы шумоподавления в авиации строятся на основе классических резонаторных шеек, которые представляют собой перфорированные трубки с гладкими внутренними стенками. Но передовые научные разработки открывают новые горизонты: специалисты предложили инновационное решение — удлинённые резонаторные шейки, оснащённые турбулизаторами. Эти специальные элементы, выполненные в виде выступающих рёбер или гофр, размещаются на внутренней поверхности шейки и призваны значительно повысить эффективность поглощения звука. Их главная задача — создавать внутри потока воздуха многочисленные вихри, тем самым существенно увеличивать трение и, как следствие, переводить большее количество звуковой энергии в тепловую.
Турбулизаторы — новое слово в шумоподавлении
Основная мысль нововведения заключается в изменении характера движения воздуха внутри шейки резонатора. Благодаря наличие турбулизаторов, поток приобретает турбулентность, и во множестве мелких завихрений происходит эффективное поглощение звуковых волн. Такой турбулентный режим, несомненно, позволяет значительно снизить уровень шума, особенно в условиях высоких звуковых давлений, типичных для современных авиационных двигателей. Технология построена так, чтобы максимально усилить превращение акустической энергии в тепло, снижая звук до практически неощутимых значений для человека и окружающей среды.
Результаты экспериментов обнадёживают
Команда учёных провела всесторонние испытания четырёх типов резонаторных шеек: с абсолютно гладкой поверхностью, а также с маломасштабными, среднемасштабными и крупномасштабными турбулизаторами. Ключевым параметром стала высота рёбер, варьировавшаяся в диапазоне 0,6–0,8 мм. Исследования начались с компьютерного моделирования процессов распространения и поглощения звука, после чего были изготовлены реальные образцы с помощью передовой 3D-печати из прочного АБС-пластика. Дополнительная обработка поверхности позволила создать ту самую специальную геометрию внутренней части шейки.
В ходе лабораторных экспериментов специалисты использовали высокоточный интерферометр, чтобы оценить акустические свойства полученных резонаторов. Для испытаний применялось звуковое давление, сравнимое с шумом современных авиадвигателей — до 150 децибел. Было измерено, на сколько эффективно различные вариации новых шеек поглощают звук. Оказалось, что именно крупные рёбра, установленные внутри удлинённой шейки, показали наивысшие результаты. Если традиционная гладкая шейка обеспечивает звукопоглощение на уровне около 85% при резонансной частоте, то новая конструкция с турбулизаторами и высокой степенью перфорации способна увеличить этот показатель до 90–95%.
Простые решения для значительного эффекта
Инженеры подчёркивают, что добиться ещё более впечатляющих результатов позволяет не только размер турбулизаторов, но и количество шеек в резонаторе. Если вместо одной применяется сразу три удлинённых шейки с рёбрами, то общий эффект звукопоглощения увеличивается на дополнительные 5–7%. Такой подход открывает путь к созданию более тихой авиационной техники, что особенно важно для снижения акустической нагрузки на людей, проживающих вблизи аэропортов, и для улучшения экологической обстановки.
Олег Кустов, доцент и ведущий исследователь ведущей лаборатории ПНИПУ, отмечает: совмещение инновационной конструкции шеек с традиционными способами шумоподавления значительно расширяет диапазон частот, где обеспечивается высокий коэффициент звукопоглощения. Уже сегодня лабораторные результаты вселяют оптимизм и демонстрируют твёрдую основу для реальных изменений в стандартах и принципах построения авиационных шумопоглощающих систем.
Ближайшие перспективы развития технологии
Учёные уверены, что впереди — ещё более захватывающий этап исследований. В ближайших планах — увеличение размеров моделей и проведение испытаний в условиях скользящего воздушного потока, максимально приближённых к тем, что возникают при настоящей работе авиационного двигателя. Это позволит не только подтвердить эффективность новой технологии в реальных условиях эксплуатации, но и обеспечить надёжную защиту от шума для всего авиационного сектора в будущем.В ходе дальнейших опытов специалисты планируют протестировать разные варианты сочетания размеров и количества турбулизаторов, чтобы достичь максимального уровня шумоподавления и поддерживать экологическую гармонию в районе аэропортов.Такой инновационный подход доказывает, что наука и инженерия совместными усилиями способны сделать наш мир тише и комфортнее. Сегодняшние достижения российских учёных — важный шаг к будущему, где безопасность, экологичность и спокойствие остаются безусловными приоритетами.
Современная авиация постоянно развивается, и одной из ключевых задач остается снижение уровня шума, создаваемого авиадвигателями. Недавние исследования специалистов Пермского Политехнического университета открывают новые перспективы в борьбе с низкочастотными шумами, возникающими при работе самолетов. Инновационный подход заключается во внедрении специальных турбулизаторов, которые значительно улучшают поглощение звуковых волн.
Инновации для более тихого неба
Применение новых конструкций турбулизаторов позволяет не только уменьшать уровень шума в самолетах, но и делает двигатели более эффективными с точки зрения расхода топлива. Улучшенные звукопоглощающие панели внутри двигательных систем способны значительно снизить воздействие вредных шумов на окружающую среду и повысить комфорт пассажиров как внутри, так и вне воздушного судна.
Повышенная эффективность подобных технологий способствует снижению акустического загрязнения аэропортов и прилегающих районов. Это особенно важно в условиях роста объёмов авиаперевозок и внедрения стандартов экологической безопасности. Перспективные разработки российской команды открывают дорогу к дальнейшему развитию гражданских авиадвигателей, делая их тише и экономичнее.
Будущее авиации: тишина и забота об окружающей среде
Преимущества новых инженерных решений для звукоизоляции заключаются не только в улучшении акустических параметров, но и в общем повышении конкурентоспособности авиаотрасли на мировом рынке. Современные самолеты становятся более дружелюбными к людям и природе, а широкое внедрение инновационных технологий является важным шагом к устойчивому и гармоничному развитию авиации будущего.
Источник: naked-science.ru
