Эти усовершенствования в конструкции самолетов направлены на снижение производимого ими шума, децибел за децибелом | Наука

В середине декабря 2023 года демонстрация, организованная в Ирландии, подчеркнула большую обеспокоенность граждан шумом коммерческих самолетов. Протестующие собрались возле офисов. где администрация аэропорта Дублина (DAA) обсуждала запланированное расширение своих объектов. Протестующие скандировали «Не так, ДАА», лозунг, который можно перевести как «Не так, ДАА».

Такая реакция распространена по всей Европе: аэропорты стремятся расширить свою деятельность, а жители районов, расположенных вблизи маршрутов полетов, требуют решения проблемы шума, создаваемого взлетом и посадкой самолетов. В сентябре аэропорт Схипхол в Нидерландах ограничил полеты из-за уровня шума, что вызвало тревогу у авиакомпаний, которые в результате понесли значительный финансовый ущерб. Эта напряженность между коммерческими интересами и интересами граждан побудила исследовательское сообщество искать решения, которые позволят самолетам летать с меньшим уровнем шума. Учитывая почти 30 000 ежедневных рейсов в Европе, предотвращение связанных с этим проблем со здоровьем было одним из основных направлений исследований.

«Самолеты издают много шума, особенно при взлете, но также и при посадке», — объясняет Вернер Хаазе, немецкий консультант по аэронавтике и эксперт по аэродинамике, имеющий докторскую степень Берлинского технического университета, и добавляет: «Сон и пролетающий самолет над вашим домом может быть очень разрушительным. «Социальное воздействие этого типа шума очень велико». Хотя самолеты сейчас на 75% тише что три десятилетия назад и дорожный транспорт производит гораздо большее шумовое загрязнение, чем авиация, увеличение воздушного движения привело к тому, что уровень шума затронул многих людей.

Согласно отчету Европейского общества здравоохранения, в Европе 22 миллиона человек страдают от «хронического раздражения» из-за шума окружающей среды, в том числе шума самолетов. Европейская комиссия в котором упоминаются сопутствующие состояния, такие как сердечно-сосудистые заболевания, стресс и шум в ушах. В этом отчете также указывается, что ежегодно происходит 12 000 преждевременных смертей из-за длительного воздействия шума окружающей среды и что 12 500 детей школьного возраста испытывают трудности с обучением, связанные исключительно с авиационного шума.

По данным Всемирной организации здравоохранения ООН, шумовое загрязнение является второй по значимости экологической причиной проблем со здоровьем после загрязнения воздуха. Сквозь План действий по нулевому загрязнениюК 2021 году Европейская комиссия ставит целью за это десятилетие сократить на 30% количество людей, страдающих от хронического дискомфорта от транспортного шума.

Редизайн закрылков и предкрылков.

ИЗОБРЕТАТЕЛЬ, проект, финансируемый ЕС, направлен на то, чтобы сделать посадку менее неприятной для граждан, живущих рядом с аэропортами. В проекте основное внимание уделяется шасси. и в закрылки и планки — которые расположены в передней и задней части крыльев соответственно. Когда самолет приближается к аэропорту, шасси выдвигается и положение приземления меняется. закрылки й планки Чтобы увеличить подъемную силу на низкой скорости, объясняет доктор Эрик Маноха, директор отдела вычислительных аэроакустических исследований французского центра аэрокосмических исследований ONERA.

«Самолеты следуют по траектории постепенного снижения по заданному маршруту. Это означает, что самолеты постоянно пролетают над домами одной и той же группы людей на малой высоте», — говорит Маноха, руководитель проекта INVENTOR, который начался в мае 2020 года и продлится до конца октября 2024 года. Эта инициатива, объединяющая основные производители авиационной техники в Европе Airbus и Dassault, а также производитель шасси Safran Landing Systems пытаются найти решение проблемы шума, создаваемого обоими двигателями. закрылки и планки на крыльях, а также на шасси.

Хотя авиационные двигатели являются одним из основных источников шума при взлете, обеспечение закрылки, планки а шасси производят меньше шума, это может привести к значительному общему улучшению при заходе на посадку и приземлении, когда двигатели менее шумные. «От 30% до 50% шума, создаваемого самолетами на этих этапах полета, исходит от фюзеляжа, а не от двигателя», — говорит Маноха.

Команда INVENTOR тестирует серию изменений в конструкции самолетов для снижения уровня децибел с целью, чтобы авиационный сектор мог применить предложения, вытекающие из проекта. Одним из таких изменений могло бы стать размещение пассивной пористой конструкции перед шасси, чтобы изменить поток воздуха, взаимодействующего с конструкцией, и тем самым снизить шум. Еще один из них связан с установкой в ​​шасси активного устройства, вытесняющего воздух. Это создаст воздушную завесу, которая снова снизит шум за счет направления воздушного потока.

При попытке снизить шум двигателя также важно учитывать шасси. закрылки крыльев, которые выдвигаются во время взлета и посадки для увеличения подъемной силы и сопротивления. «След за шасси влияет на закрылки. И это вызывает шум», — объясняет Маноха.

Команда проекта внедрила пористый материал в лоскут для уменьшения шума, создаваемого потоком воздуха вокруг него. Он также оценивает различные варианты снижения шума от планки через пористые материалы, а также шум, создаваемый механическими устройствами, которые служат для расширения планки.

Прогнозируем снижение децибел

Более тихие самолеты станут результатом совокупного эффекта всех этих небольших конструктивных усовершенствований, а не какого-либо отдельного изменения. Например, узкофюзеляжные самолеты последнего поколения издают звук от 75 до 80 децибел при приземлении. «Наша цель — добиться снижения звука на один-три децибела на элемент фюзеляжа. Каждый маленький шаг — это прогресс», — говорит Махона.

В любом случае гражданам ЕС, проживающим вблизи аэропортов, следует продолжать проявлять терпение. Хотя некоторые технологические решения могут быть внедрены в существующие самолеты, наиболее значительные улучшения в области шума воздушного движения будут достигнуты только с авиалайнерами следующего поколения.

Другой независимый проект, финансируемый ЕС, возглавляемый Вернером Хаазе и который только что завершился, использовал более общий подход к проблеме. Называется ДЖИННПроект был направлен на улучшение методов моделирования, используемых производителями самолетов для прогнозирования шума будущих самолетов. В проекте, который начался в июне 2020 года и завершился в ноябре 2023 года, использовались передовые методы численного анализа и высокопроизводительные вычисления для прогнозирования потоков жидкости и улучшения аэродинамических и акустических характеристик самолетов. .

Их выводы помогут производителям самолетов экспериментировать с вариантами конструкции для снижения шума. «Эти методы стали более точными, чем те, которые сегодня используются в отрасли для расчета шума. Это очень важно для отрасли, поскольку они стремятся улучшить свои конструкции», — говорит Хаазе. В отличие от проекта INVENTOR, компания DJINN исследовала шум, создаваемый как двигателями, так и фюзеляжем, и включила в проект производителей самолетов Rolls-Royce и Safran Aircraft Engines.

Крышки двигателя

Одним из возможных изменений в конструкции, изученных командой DJINN, является придание выпускному отверстию двигателя зубчатой ​​формы. Зубчатые крышки двигателя, уже установленные на некоторых моделях Boeing, в ходе некоторых испытаний показали, что они снижают шум двигателя самолета.

До сих пор Airbus предпочитал не использовать зубчатые крышки двигателя, ссылаясь на плохую эффективность защиты от шума и на то, что существуют другие варианты снижения шума, такие как использование закрылки пористый. «У всех вариантов есть свои плюсы и минусы. Вопрос о том, какой подход является наиболее подходящим, остается открытым», — говорит Хаазе. В любом случае, хотя эти изменения, возможно, и не будут немедленно внедрены в самолеты, и Хаазе, и Маноха с оптимизмом смотрят на перспективы снижения шума в самолетах, учитывая достижения, достигнутые в исследованиях.

В этом контексте у авиационного сектора есть стимул ускорить эти изменения, поскольку европейские аэропорты все чаще регулируют сборы за посадку и взлет в зависимости от уровня шума самолетов. Эта практика является ответом на растущую озабоченность по поводу окружающей среды и общественные протесты, подобные протесту в декабре прошлого года в Ирландии. «Шум самолетов каждый день влияет на жизнь нескольких человек. Благодаря новым технологиям мы сможем уменьшить эти неудобства», — заключает Маноха.

Исследование, описанное в этой статье, было профинансировано за счет средств программы EU Horizon. Мнения опрошенных не обязательно отражают точку зрения Европейской комиссии.

Статья первоначально опубликована в Горизонтжурнал исследований и инноваций Европейского Союза.

Вы можете следить МАТЕРИЯ в Фейсбук, Икс е Инстаграмнажмите здесь, чтобы получить наш еженедельный информационный бюллетень.