Новое исследование позволило выяснить физическую природу необычного, чрезвычайно раздражающего шума, который издают перспективные авиационные двигатели с так называемой технологией втягивания пограничного слоя (BLI — Boundary Layer Ingestion). Этот тип двигателей считается ключевым элементом разработки электрических и гибридных летательных аппаратов следующего поколения, в том числе, городских аэротакси и экологичных авиалайнеров.
Ранее специалисты уже указывали на то, что такие системы создают характерный аэродинамический шум, но теперь исследователям удалось точно установить, почему именно этот шум воспринимается человеком как особенно неприятный. Оказалось, что в основе лежат два типа так называемого haystacking-эффекта — сложного широкополосного шума, который возникает при взаимодействии турбулентного воздушного потока с вращающимися лопастями вентилятора и внутренней поверхностью канала двигателя. В акустике этот термин описывает явление, при котором тональные звуковые колебания рассеиваются из-за турбулентности, распространяя свою энергию на широкий диапазон частот и тем самым создавая своеобразную акустическую картину, которая воспринимается человеческим ухом как слишком назойливая и резкая.
В ходе экспериментов ученые установили, что в условиях низкой тяги, например, при крейсерском полете, пограничный корпусу самолета поток воздуха практически не нарушается. В этот момент основная часть турбулентного потока взаимодействует с внутренней поверхностью воздуховода, а также максимум — с концами лопастей двигателя, создавая так называемый канальный haystacking-эффект. При взлете, когда двигатель работает с высокой тягой, мощное всасывание наоборот, нарушает воздушный поток, который соприкасается с более широкой частью лопастей. Это приводит к интенсивному взаимодействию двигателя с турбулентным потоком воздуха и создает роторный haystacking-эффект — он проявляется гораздо более громким и раздражающим шумом.
Для достижения столь детализированного понимания исследователи использовали аэродинамическую трубу, в которой смоделировали реальные условия полета, и собрали данные при помощи высокоточных инструментов — анемометров, датчиков давления и микрофонов дальнего поля. Это позволило связать конкретные источники шума с их физической природой и одновременно оценить их воздействие на восприятие звука человеком.
По словам автора исследования, доктора Фероза Ахмеда, именно haystacking-эффект делает звук двигателей будущего не просто громким, а именно неприятным на слух. В связи с этим, задача заключается не только в снижении децибелов, но и в том, чтобы сделать звук субъективно менее раздражающим — ведь именно это определяет общественное восприятие авиации нового поколения, особенно в условиях городских ландшафтов.
Результаты исследования лягут в основу принципиально новых, по-настоящему «тихих» двигателей, которые будут соответствовать не только техническим нормативам, но и ожиданиям пассажиров и жителей городов. Они особенно актуальны для разработчиков новых самолетов и eVTOL-аппаратов, которые уже в обозримом будущем могут стать частью городского транспорта.
Следующим этапом работы ученые считают разработку конкретных аэродинамических и акустических стратегий по контролю и снижению как канального, так и роторного haystacking-эффекта. Эти усилия сделают авиацию будущего не только экологичной, но и максимально комфортной с точки зрения восприятия звука людьми.
Тем временем стало известно, когда стартуют первые грузовые авиарейсы на водородно-электрических реактивных самолетах.
