Лабораторные испытания показывают многообещающие перспективы снижения уровня шума реактивных двигателей в коммерческой и военной авиации.
Аэрокосмические инженеры из Университета Цинциннати и Военно-морской исследовательской лаборатории разработали новую конструкцию сопел для истребителей F-18, которые, как они надеются, заглушат оглушительный рев двигателей, не снижая производительности.
Выдающийся профессор Эфраим Гутмарк, выдающийся ученый из Огайо, и его студенты из Колледжа инженерии и прикладных наук Калифорнийского университета разработали и испытали новые сопла на реактивных двигателях масштаба 1/28 в своей лаборатории аэроакустики.
Внутри сопел имеются треугольные ребра, похожие на ряды акульих зубов, что значительно снижает шум реактивного двигателя в лабораторных испытаниях UC. Этот проект является результатом сотрудничества Калифорнийского университета, Военно-морской исследовательской лаборатории США и военно-морской авиабазы Патаксент-Ривер. Этой осенью NAVAIR протестирует конструкцию и характеристики UC на F-18 Super Hornets, тактическом истребителе, используемом морской пехотой и флотом США.
Лазеры освещают шлейф масштабной модели реактивного двигателя, используемого на борту F-18 Super Hornets. UC разработала новую форсунку двигателя, которая глушит шум реактивных двигателей, не снижая производительности. Предоставлено: Эндрю Хигли / UC Creative + Brand.
«Это простые насадки, которые изменяют поведение потока, выходящего из двигателя, с минимальным влиянием на его производительность», - сказал Гутмарк.
Лабораторные испытания UC показали, что новое сопло может снизить шум двигателя на 5-8 децибел. Это может показаться не таким уж большим. Но в отличие от линейных шкал, таких как линейка, где дюйм всегда равен дюйму, децибелы измеряются в логарифмической шкале, в которой 20 децибел - это в десять раз громче шум.
«Это очень важно, - сказал Гутмарк. «Как правило, производители двигателей довольны даже улучшением на пол-децибел, потому что децибелы представляют собой логарифмическую шкалу».
Докторант колледжа инженерии и прикладных наук Калифорнийского университета Мохаммад Салим владеет одним из новейших сопел реактивных двигателей, разработанных UC в лаборатории профессора Эфраима Гутмарка. Этой осенью ВМС США испытают дизайн UC на F-18 Super Hornet. Предоставлено: Эндрю Хигли / UC Creative + Brand.
Предварительные лабораторные результаты UC обещают снизить уровень шума от реактивных двигателей как в коммерческой, так и в военной авиации. Калифорнийский университет и ВМС подали заявку на совместный патент.
«Если конструкция работает с этим двигателем, ее можно применить к любому другому двигателю с очень незначительными модификациями», - сказал Гутмарк.
Проект финансировался в рамках Программы стратегических экологических исследований и разработок Программы экологических исследований Министерства обороны США.
По данным Министерства по делам ветеранов США, потеря слуха и шум в ушах являются основными причинами заявлений о инвалидности военнослужащих, от которых страдают более 2.6 миллиона бывших военнослужащих. VA тратит более 1 миллиарда долларов в год на дела о потере слуха, что составляет около 15% новых исков по инвалидности, подаваемых в VA каждый год.
Исследования UC обещают снизить влияние шума реактивных двигателей на здоровье и безопасность на коммерческую и военную авиацию. Здесь летный экипаж на борту USS Ronald Reagan носит средства защиты органов слуха, помогая запускать и приземлять F / A-18 Super Hornets. Предоставлено: Грей Гибсон / ВМС США.
В частности, шум от реактивных двигателей представляет серьезную опасность для здоровья в военной и коммерческой авиации. По данным Консультативного комитета по военно-морским исследованиям, военно-морской персонал на летных палубах подвергается воздействию шума, превышающего 150 децибел.
«На авианосцах экипаж, который работает с пилотами в кабине экипажа, должен находиться очень близко к самолету, когда он взлетает. Из-за короткой взлетно-посадочной полосы авианосца они должны использовать двигатель с форсажной камерой, поэтому он очень громкий », - сказал Гутмарк.
Самолеты настолько громкие, что шум и вибрация могут повлиять даже на сам самолет - явление, называемое акустической нагрузкой, сказал Гутмарк.
«Подавляя шум, вы помогаете экипажу, а также продлеваете срок службы самого самолета», - добавил Гутмарк.
«Приятно осознавать, что вы работаете над истребителями. Есть классный фактор ».
- Мохаммад Салим, студент аэрокосмической инженерии Калифорнийского университета
UC работает над проектом с Военно-морской исследовательской лабораторией и NAVAIR в течение двух лет. Военно-морской флот предоставляет вычислительный анализ и информацию о самолетах в дополнение к проектным и экспериментальным работам UC.
Разнообразные исследования Gutmark включают в себя технологии сгорания двигателей и силовых установок, акустику и даже биомедицинские исследования. Он обучал пилотов авиакосмической инженерии в программе инструкторов Strike Fighter Tactics ВМС США - школе, которая вдохновила на создание фильма «Top Gun».
«Было интересно учить их, потому что они действительно были заинтересованы», - сказал Гутмарк. «Они действительно хотели узнать больше о том, что происходит, когда самолет делает то или это. И получить отзывы от кого-то, кто понимает, что делает самолет практически во время полета, было особой возможностью ».
Докторанты Калифорнийского университета Мохаммад Салим и Атреш Карнам работают над масштабными моделями реактивных двигателей F-18 Super Hornet в лаборатории аэроакустики Калифорнийского университета. Предоставлено: Эндрю Хигли / UC Creative + Brand.
Студенты в лаборатории Гутмарка носят средства защиты органов слуха промышленного уровня при работе с реактивными двигателями в подземной лаборатории в Родос-Холле. Двигатели устанавливаются на землю внутри безэховой камеры - помещения, предназначенного для полного поглощения отражений акустических волн. Студенты могут включать реактивные двигатели удаленно за пределами камеры и использовать набор датчиков для измерения и анализа шума выхлопных газов.
«В нашей лаборатории есть четыре различных метода измерения, включая обработку сигналов с помощью акустических и оптических измерений, а также лазерное оборудование», - сказал докторант Калифорнийского университета Атреш Карнам. «Как и в любой другой области инженерии, вам нужно адаптировать несколько методов, чтобы знать, какие данные нужно собирать, как их обрабатывать и как их интерпретировать. Это трудная задача ».
Массив чувствительных микрофонов окружает струю в камере. Возможно, неудивительно, что шум звучит по-разному в зависимости от положения человека относительно струи струи.
«Каждый из этих компонентов шума распространяется в разных направлениях», - сказал профессор Гутмарк. «Микрофоны распределены по дуге вокруг струи, поэтому мы можем улавливать шум, идущий вниз, вверх или в сторону».
Студенты Калифорнийского университета в области аэрокосмической инженерии используют лазеры и другое оборудование для наблюдения и измерения шума и выхлопного шлейфа от масштабной модели реактивного двигателя, используемого в F-18 Super Hornet. Предоставлено: Эндрю Хигли / UC Creative + Brand.
Инженеры UC тестируют свои новые конструкции форсунок как на холодных, так и на нагретых форсунках с выхлопом, температура которого достигает 1,100 градусов тепла. Фаренгейт. Самолет представляет собой масштабную модель двигателя F18 F-404, произведенного General Electric Aviation со штаб-квартирой в Цинциннати.
«Форсаж выхлопа фактического реактивного самолета станет еще горячее», - сказал Карнам.
Докторант Калифорнийского университета Мохаммад Салим сказал, что сегодня самолеты тише, чем 20 лет назад. Как коммерческая, так и военная авиация серьезно заинтересована в снижении шума со стороны общественности и финансов. По его словам, даже постепенные улучшения могут иметь огромное влияние.
«Эти технологии снижения шума чрезвычайно полезны для населения, проживающего вокруг авиабаз, и персонала, работающего на авианосцах», - сказал Салим.
Докторант Калифорнийского университета Мохаммад Салим держит несколько нестандартных форсунок для реактивных двигателей, которые он помог спроектировать в лаборатории профессора Калифорнийского университета Эфраима Гутмарка. Предоставлено: Эндрю Хигли / UC Creative + Brand.
Салим сказал, что он всегда интересовался аэрокосмической техникой. Но ему нравится вызов такого сложного проекта, как шум реактивного двигателя.
«Я выбрал UC, потому что это сильная школа в области силовых установок», - сказал он.
Но он признает, что его друзья и семья впечатлены, когда он говорит о работе с F-18 Super Hornets.
«Приятно осознавать, что вы работаете над истребителями. Это крутой фактор, - сказал Салим.
«Инжиниринг - это решение проблем. Радость придумывать работающую систему. Я думаю, это удовлетворительно ».
