Российские ученые разработали импортозамещенный измеритель шума авиадвигателей

В России ежегодно совершается примерно 300 млн полетов, каждый из которых сопровождается оглушительным ревом двигателей самолета. Этот шум представляет собой двойную угрозу — как для тех, кто находится на борту, так и для миллионов людей, живущих вблизи аэропортов.

Для пассажиров, и особенно, членов экипажа, ежедневно проводящих в небе долгие часы, постоянное звуковое воздействие становится серьезным профессиональным риском. Оно вызывает хроническую усталость, психоэмоциональное напряжение и может приводить к необратимому ухудшению слуха, создавая прямую угрозу здоровью в долгосрочной перспективе.

При этом для жителей районов, прилегающих к аэропортам, «грохот» двигателей становится неотъемлемой и разрушительной частью повседневности. Он заглушает разговоры на улицах, мешает работе и учебе, прерывает сон, формируя постоянный акустический дискомфорт. Для этих людей авиационный шум — не временное неудобство, а источник ежедневной нервной нагрузки, значительно снижающий качество жизни.

Внутри современных авиадвигателей установлены специальные акустические устройства, своего рода «глушители». Со временем некоторые самолеты начинают казаться громче, из-за того, что механизмы, которые отвечают за подавление звуков, — шумопоглощающие панели — изнашиваются, забиваются пылью, сажей и разрушаются от эрозионных процессов, вибрации и попросту становятся непригодными.

Именно поэтому борьба с авиационным звуковым воздействием давно вышла за рамки технической задачи и стала глобальным экологическим приоритетом. С 2006 года Международная организация гражданской авиации (ИКАО) планомерно ужесточает нормативы, и к 2029 году требования к снижению шума станут строже на целых 6 EPNdB (единый числовой показатель субъективного воздействия авиационного шума на людей с учетом мгновенно воспринимаемого его уровня и времени воздействия, применяется к конкретному самолету) по сравнению со значениями 2021 года. Чтобы понять масштаб изменений, достаточно представить, что уменьшение акустической нагрузки на 10 обычных децибел субъективно воспринимается человеком как снижение громкости ровно в два раза. Все это заставляет производителей активнее инвестировать в разработку новых технологий звукопоглощения.

Главным препятствием для поддержания низкого уровня шума авиадвигателей являются сложности методов контроля звукопоглощающих панелей. Существующие решения представляют собой либо массивные стационарные интерферометры — это тяжелые акустические трубы длиной до 6 м и более, либо аналоги с ограниченным диаметром и сечением канала для измерения. Эти системы работают по принципу анализа отраженной звуковой волны: в трубе создается звуковое поле, а расположенные вдоль нее высокочувствительные микрофоны измеряют, насколько эффективно материал поглощает акустическую энергию. Более сложные установки для оценки характеристик крупных образцов звукоподавляющих устройств — это реверберационная камера и канал с потоком. Такие приборы лишают разработчиков возможности оперативно тестировать и улучшать новые конструкции из-за их несовершенства.

Ученые Пермского Политеха создали уникальное оборудование для контроля шума авиадвигателей — первый в России портативный акустический интерферометр. По сути, это «стетоскоп» (прибор, который «прослушивает» материал, как врач слушает легкие пациента) для звукопоглощающих материалов, который позволяет проверять их эффективность прямо на месте без последующей разборки. Результаты исследования по теме опубликованы в сборнике материалов Всероссийской конференции «Акустика среды обитания». Исследование проведено при поддержке Российского научного фонда грант № 24-72-00037.

Новая разработка превосходит существующие аналоги по ключевым параметрам: при внутреннем диаметре 50 мм вес трубы без динамика составляет всего 0,65 кг. Для сравнения, аналог с диаметром всего 30 мм весит 4,20 кг. Таким образом, прибор в 6 раз легче, а его рабочая площадь на 66% больше.

Раньше оценка состояния «глушителей» самолетов требовала сложной процедуры: снятия и доставки образцов для исследований на стационарном измерительном устройстве. Необходимость в полной разборке была обусловлена самой конструкцией двигателя — акустические панели расположены внутри его корпуса, выстилая внутреннюю поверхность в зоне вентилятора и компрессора, куда невозможно получить доступ без специального оборудования. К тому же, они имеют крупные габариты (как лист формата А0 и больше).

Также интерферометр мог проанализировать только небольшой участок материала — диаметром 30 мм, что меньше по размеру, чем спичечный коробок. Именно такой максимальный образец помещается в аналитический отсек прибора для проведения одного замера. Кроме того, для авиадвигателей критически важны данные, получаемые в условиях экстремально громкого звука — до 160-175 дБ, — а создать такие условия для крупного образца в лаборатории было практически невозможно. Также есть аналог с диаметром 100 мм, но у него узкий диапазон анализа по частоте, до 1800 Гц.

Новый портативный измеритель полностью решает эти проблемы. По сути, это компактный и легкий аппарат, в основе которого — короткая трубка с двумя высокоточными микрофонами, мощным «динамиком» и мини-компьютером для обработки данных. Главное его преимущество в том, что теперь не нужно снимать панели с двигателя, достаточно поднести его к поверхности и провести контроль прямо на месте. За счет продуманной конструкции он может работать с панелями любого размера — от маленьких лабораторных образцов до больших секций внутри настоящего авиадвигателя. Данная система сохраняет работоспособность в условиях высоких уровней звукового давления (до 160 дБ), что позволяет выполнять диагностику в режимах, максимально приближенных к реальным эксплуатационным условиям.

— Нами разработано универсальное решение для экспресс-оценки акустических свойств материалов — от авиадвигателей до архитектурных объектов. Главным достижением стало то, что нам удалось реализовать портативное устройство, которое при этом работает в требуемом частотном диапазоне и на высоких уровнях звукового давления, — объяснил Олег Кустов, ведущий научный сотрудник Лаборатории механизмов генерации шума и модального анализа ЦАИ ПНИПУ.

Это позволит авиакомпаниям оперативно контролировать эффективность шумопоглощающих элементов и соблюдать международные нормативы. Прибор станет инструментом для мониторинга соответствия стандартам в режиме реального времени.

— Данный прототип успешно испытан на экспериментальных образцах. До конца года планируется запатентовать технологию, после чего мы сосредоточимся на оптимизации массогабаритных характеристик устройства, — рассказал Олег Кустов.

Разработка пермских ученых закроет ключевую потребность отрасли в современном средстве контроля акустических параметров. Новое решение обеспечит регулярный мониторинг шумовых характеристик воздушных судов и своевременную замену изношенных компонентов.

ПНИПУ

1372 статей

Пермский национальный исследовательский политехнический университет (национальный исследовательский, прошлые названия: Пермский политехнический институт, Пермский государственный технический университет) — технический ВУЗ Российской Федерации. Основан в 1960 году как Пермский политехнический институт (ППИ), в результате объединения Пермского горного института (организованного в 1953 году) с Вечерним машиностроительным институтом. В 1992 году ППИ в числе первых политехнических вузов России получил статус технического университета.

Показать больше

Закладка

Скопировать ссылку

Email

Печать

Twitter

VK

Telegram