A laboratóriumi tesztek ígéretet mutatnak a repülőgépek zajának csökkentésére a kereskedelmi és katonai repülésben.
A Cincinnati Egyetem és a Haditengerészeti Kutatólaboratórium repüléstechnikai mérnökei új fúvókakialakítást dolgoztak ki az F-18-as vadászrepülőgépekhez, amely reményeik szerint csillapítja a hajtóművek fülsiketítő zúgását anélkül, hogy akadályozná a teljesítményt.
A tekintélyes professzor, Ephraim Gutmark, az ohiói kiváló tudós és tanítványai a UC Műszaki és Alkalmazott Tudományok Főiskoláján tervezték és tesztelték az új fúvókákat 1/28-as léptékű sugárhajtóműveken az aeroakusztikai laboratóriumában.
A fúvókák belsejében háromszög alakú bordák, például cápafogsorok találhatók, amelyek jelentősen csökkentették a sugárhajtómű zaját az UC laboratóriumi tesztjei során. A projekt az UC, a US Naval Research Laboratory és a Patuxent River Naval Air Station együttműködése. Idén ősszel a NAVAIR teszteli az UC kialakítását és teljesítményét az F-18 Super Hornets-en, az amerikai tengerészgyalogság és haditengerészet által használt taktikai vadászrepülőgépen.
Lézerek világítják meg az F-18 Super Hornets fedélzetén használt, méretarányos sugárhajtómű csóváját. Az UC kifejlesztett egy új motorfúvókát, amely a teljesítmény akadályozása nélkül tompítja a sugárhajtóművek zaját. Köszönetnyilvánítás: Andrew Higley/UC Creative + Brand
"Ezek egyszerű tartozékok, amelyek megváltoztatják a motorból kilépő áramlás viselkedését, minimális hatással a teljesítményére" - mondta Gutmark.
Az UC laboratóriumi tesztjei kimutatták, hogy az új fúvóka 5 és 8 decibellel csökkenti a motorzajt. Ez talán nem tűnik soknak. De ellentétben az olyan lineáris skálákkal, mint a vonalzó, ahol egy hüvelyk mindig hüvelyk, a decibeleket egy logaritmikus skálán mérik, amelyben 20 decibel tízszer hangosabb zaj.
„Ez nagyon jelentős” – mondta Gutmark. „Általában a motorgyártó cégek még fél decibeles javulásnak is örülnek, mert a decibelek logaritmikus skálát képviselnek.”
Az UC College of Engineering and Applied Science doktoranduszának, Mohammad Saleemnek a kezében van az egyik újszerű UC sugárhajtómű-fúvóka, amelyet Ephraim Gutmark professzor laboratóriumában terveztek. Az amerikai haditengerészet idén ősszel teszteli az UC kialakítását az F-18 Super Horneteken. Köszönetnyilvánítás: Andrew Higley/UC Creative + Brand
Az UC előzetes laboratóriumi eredményei ígéretet tesznek a repülőgépek zajának csökkentésére mind a kereskedelmi, mind a katonai repülésben. Az UC és a haditengerészet közös szabadalmat kért.
"Ha a konstrukció működik ezzel a motorral, akkor nagyon kis módosításokkal bármely más motorra is alkalmazható" - mondta Gutmark.
A projektet a Stratégiai Környezeti Kutatási és Fejlesztési Program keretében finanszírozta az Egyesült Államok Védelmi Minisztériumának Környezetkutatási Programja.
Az Egyesült Államok Veteránügyi Minisztériumának adatai szerint a halláskárosodás és a fülzúgás a katonai rokkantsági igények vezető okai, amelyek több mint 2.6 millió korábbi szolgálati tagot érintenek. A VA évente több mint 1 milliárd dollárt költ halláskárosodási esetekre, ami a VA-hoz évente benyújtott új rokkantsági igények körülbelül 15%-át teszi ki.
Az UC kutatása ígéretet tesz arra, hogy csökkenti a repülőgépek zajának egészségügyi és biztonsági hatását a kereskedelmi és katonai repülésre. Itt a USS Ronald Reagan fedélzetén lévő személyzet fülvédőt visel, miközben F/A-18 Super Horneteket indít és landol. Köszönetnyilvánítás: Gray Gibson/US Navy
Különösen a sugárhajtású zaj jelent komoly egészségügyi kockázatot a katonai és kereskedelmi repülésben. A Haditengerészeti Kutatási Tanácsadó Bizottság szerint a haditengerészet pilótafülkéiben dolgozó személyzete 150 decibelt meghaladó zajnak van kitéve.
„A repülőgép-hordozókon a pilótákkal dolgozó személyzetnek nagyon közel kell lennie a géphez, amikor felszáll. A hordozó rövid kifutópályája miatt a motort utóégetőkkel kell üzemeltetniük, tehát nagyon hangos” – mondta Gutmark.
A fúvókák olyan hangosak, hogy a zaj és a rezgések még magát a repülőgépet is érinthetik – ezt a jelenséget akusztikus terhelésnek nevezik, mondta Gutmark.
„A zaj elnyomásával segíti a személyzetet, de magának a repülőgépnek a hosszú élettartamát is” – tette hozzá Gutmark.
„Izgalmas tudni, hogy vadászrepülőgépeken dolgozik. Van egy klassz tényező.”
- Mohammad Saleem, az UC repülőmérnök hallgatója
Az UC két éve dolgozik a projekten a Naval Research Lab-ral és a NAVAIR-rel. A haditengerészet számítási elemzéseket és repülőgép-információkat biztosít az UC tervezési és kísérleti munkájának kiegészítéseként.
A Gutmark sokrétű kutatása magában foglalta a motor égés- és meghajtási technológiáját, az akusztikát és még az orvosbiológiai kutatásokat is. Repüléstechnikai alapelveket tanított a pilótáknak az Egyesült Államok haditengerészetének Strike Fighter Tactics Instructor programjában, abban az iskolában, amely a „Top Gun” című filmet inspirálta.
„Izgalmas volt tanítani őket, mert nagyon érdekelték őket” – mondta Gutmark. „Nagyon többet akartak tudni arról, mi történik, ha a gép ezt vagy azt csinálja. Különleges lehetőség volt kapni visszajelzést valakitől, aki érti, mit csinál a gép gyakorlatilag repülés közben.”
Az UC doktoranduszai, Mohammad Saleem és Aatresh Karnam F-18 Super Hornet sugárhajtóművek léptékű modelljein dolgoznak az UC aeroakusztikai laborjában. Köszönetnyilvánítás: Andrew Higley/UC Creative + Brand
A Gutmark laboratóriumának diákjai ipari minőségű fülvédőt viselnek, amikor a sugárhajtóművekkel dolgoznak a Rhodes Hall egyik földalatti laborjában. A hajtóművek a földre vannak szerelve egy visszhangmentes kamrában – egy olyan helyiségben, amelyet az akusztikus hullámok visszaverődésének teljes elnyelésére terveztek. A tanulók a kamrán kívül távolról is bekapcsolhatják a sugárhajtóműveket, és érzékelők segítségével mérhetik és elemezhetik a kipufogógázok zaját.
"Laborunkban négy különböző mérési technikát alkalmazunk, beleértve az akusztikán és optikai méréseken keresztül történő jelfeldolgozást és a lézeres berendezéseket" - mondta Aatresh Karnam, az egyetem doktorandusza. „Mint minden mérnöki területen, itt is többféle technikát kell adaptálni ahhoz, hogy tudjuk, milyen adatokat kell rögzíteni, hogyan kell feldolgozni és értelmezni. Ez nehéz kihívás.”
Érzékeny mikrofonok sora veszi körül a kamrában lévő fúvókát. Talán nem meglepő, hogy a zaj a sugárcsóvához viszonyított helyzetétől függően eltérően hangzik.
"A zaj ezen összetevőinek mindegyike különböző irányokba terjed" - mondta Gutmark professzor. "A mikrofonok ívben vannak elosztva a sugár körül, így észlelni tudjuk a folyásirányban lefelé, felfelé vagy oldalra érkező zajokat."
Az UC repülőgépmérnök hallgatói lézerekkel és egyéb berendezésekkel figyelik és mérik a zajt és az F-18 Super Hornetekben használt sugárhajtóműből származó kipufogógázt. Köszönetnyilvánítás: Andrew Higley/UC Creative + Brand
Az UC mérnökei az új fúvókakialakításokat hideg és fűtött fúvókákon is tesztelik, olyan kipufogógázzal, amely akár 1,100 fokos hőmérsékleten is ég. Fahrenheit. A sugárhajtású repülőgép az F-18 F404-es hajtóművének méretarányos modellje, amelyet a General Electric Aviation gyártott, amelynek központja Cincinnatiben található.
"Egy tényleges sugárhajtómű utóégője még melegebb lesz" - mondta Karnam.
Mohammad Saleem, az egyetem doktorandusza szerint a repülőgépek ma csendesebbek, mint 20 évvel ezelőtt. Mind a kereskedelmi, mind a katonai repülésnek komoly köz- és pénzügyi érdeke fűződik a zajcsökkentéshez. Még a fokozatos fejlesztéseknek is mélyreható hatása lehet, mondta.
„Ezek a zajcsökkentő technológiák rendkívül előnyösek a légibázisok környékén élő közösségek és a repülőgép-hordozókon dolgozó személyzet számára” – mondta Saleem.
Mohammad Saleem, az egyetem doktori hallgatója több egyedi sugárhajtómű-fúvókát tart fel, amelyeket Ephraim Gutmark egyetemi tanár laborjában segített megtervezni. Köszönetnyilvánítás: Andrew Higley/UC Creative + Brand
Saleem elmondta, hogy mindig is érdekelte a repülőgépgyártás. De élvezi a kihívást, amelyet egy olyan bonyolult projekt jelent, mint a sugárhajtómű-zaj.
„Az UC-t választottam, mert ez egy erős iskola a meghajtórendszerek terén” – mondta.
De bevallja, hogy barátai és családja lenyűgözi, amikor az F-18 Super Hornetekkel való együttműködésről beszél.
„Izgalmas tudni, hogy vadászrepülőgépeken dolgozik. Van egy jó tényező” – mondta Saleem.
„A mérnöki munka a problémamegoldásról szól. Az öröm egy működő rendszer kidolgozása. Szerintem ez kielégítő.”
