Пермские ученые придумали новый способ снизить шум вертолета
Лопасти вертолета при полете создают вибрацию и шум, что приводит к дискомфорту пассажиров, увеличению нагрузки пилота, снижению долговечности компонентов конструкции. Для уменьшения этих эффектов существуют пьезоактуаторы — устройства, которые регулируют форму и наклон лопастей во время полета, чтобы те меньше вибрировали и шумели. Хотя теоретические основы таких «умных конструкций» уже существуют, их практическое применение требует разработки надежных методик проектирования. Ученые Пермского Политеха рассчитали, какие параметры лопасти позволяют добиться максимального изменения формы, чтобы лучше гасить вибрацию и шум.
Статья опубликована в журнале «Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника». Работа выполнена при финансовой поддержке государственного задания.
Снижение вибраций и шума вертолета — это важная задача, направленная на повышение безопасности, комфорта, экономичности и экологичности вертолетных перевозок. Кроме того, эти негативные эффекты создают дискомфорт для людей, живущих вблизи аэропортов и вертолетных площадок, мешают отдыху, работе и даже влияют на здоровье: считается, что звук, который превышает 85 дБ, вреден, при этом вблизи вертолета он может достигать примерно 100-110 дБ. На таких высоких уровнях шума постепенно и незаметно повреждаются слуховые клетки. Человек может долго не осознавать проблему, пока она не станет заметной. Также постоянный высокий уровень шума негативно влияет на психологическое состояние, вызывает усталость и раздражительность.
Сегодня лопасти вертолетов делают в основном из композиционных материалов. Это позволяет снизить вес конструкции и при этом сохранить ее прочность и жесткость, а кроме того – интегрировать в конструкцию пьезоэлектрические актуаторы прямо в процессе изготовления. Пьезоактуаторы – это такие устройства, которые преобразуют электрический потенциал в деформацию. Они искривляются (растягиваются или сжимаются) и меняют форму лопасти – изгибают или скручивают ее. Таким образом, лопасть адаптируется к условиям полета, улучшаются летные характеристики.
Ученые Пермского Политеха рассчитали, какие параметры позволяют добиться максимального изменения формы лопасти, чтобы лучше гасить вибрацию и шум.
Исследование проходило в два этапа. На первом ученые смоделировали деталь на компьютере. Они рассмотрели два варианта строения лонжерона – продольного несущего элемента для усиления лопасти: один имел C-образное строение, другой – D-образное. Пьезоактуаторы в обоих случаях были размещены на поверхности детали. Другими словами, ученые создали цифровой двойник конструкции, а затем провели моделирование его работы при воздействии управляющих электрических сигналов и эксплуатационных нагрузок.
Второй этап заключался в экспериментальной апробации цифровой модели.
– Для того, чтобы проверить, насколько достоверны данные, полученные с помощью цифрового двойника, мы провели аналогичные лабораторные испытания на реальном композиционном материале. В качестве образца использовался углепластик (один из самых распространенных композиционных материалов), толщина которого была такой же, как у обшивки исследуемой вертолетной лопасти. В рамках лабораторных экспериментов модельный образец был жестко закреплен с одной стороны.
В его центре размещен пьезоактуатор, на который с помощью высоковольтного усилителя и генератора сигналов подавалось разное электрическое напряжение – 200, 500 и 1000 В. При этом анализировалось его влияние на деформацию в углепластике. Угол закручивания измеряли высокоточными лазерными датчиками перемещения в трех местах – два по краям и один в центре, – рассказывает Екатерина Нуреева, аспирантка кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций» ПНИПУ.
При сравнении данных, измеренных датчиками, с результатами, полученными на цифровом двойнике, выяснилось, что погрешность разработанной модели не превышает 8%. Это значит, что она обладает высокой точностью и ее можно использовать для дальнейших исследований.
– Результаты численных экспериментов с использованием цифрового двойника позволили определить рациональные параметры конструкции. Для того, чтобы снизить шум и вибрацию композитного несущего винта вертолета, необходимо предотвратить возникновение создаваемого лопастью турбулентного потока. Этот эффект достигается при угле закручивания 4о, – поясняет Павел Писарев, доцент кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций» ПНИПУ, кандидат технических наук.
Исследование ученых Пермского Политеха позволит достичь большего изменения угла закручивания и, как следствие, улучшить аэродинамические характеристики вертолетов. Результаты лабораторных испытаний подтвердили высокую точность предложенной модели, что открывает новые возможности для дальнейших исследований и практического внедрения технологий, направленных на повышение комфорта и безопасности вертолетных перевозок.
Telegram 
Дзен 
VK Масштабный анализ ДНК показал, что леопарды в Капской области ЮАР измельчали не из-за случайных мутаций при вырождении популяции, а в результате целенаправленной эволюционной адаптации к местной среде обитания.
Ученые обнаружили в музейных запасниках и просканировали гигантские позвонки мегалодона, найденные на раскопках в Дании еще в 1978 году. Микротомография подтвердила рекордный размер хрящей, а анализ годовых колец показал, что акула родилась трехметровой и дожила до 65 лет. Рядом с позвонками обнаружили чешую гигантской акулы, которая, вероятно, стала последним обедом суперхищника.
Последствия цветения водоемов опасны для целых экосистем. Внешний контроль этого процесса нужно проводить аккуратно, чтобы не навредить живым организмам еще больше. Для этого ученым нужно точно понимать, какие процессы происходят под поверхностью воды.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
На протяжении десятилетий Тель-Авив воздерживался от этого шага, чтобы не испортить отношения с Турцией. Но после действий Израиля 2023-2026 годов официальная Анкара, как и множество государств мира, неоднократно осуждала Израиль, из-за чего изменилась и его позиция по геноциду.
В рамках общей теории относительности и квантовой физики у исследователей не получается объяснить все данные наблюдений за космическими объектами. В этот раз ученые попытались описать Вселенную с точки зрения превращения энергии, и этот выбор позволил им составить стройное описание гравитации.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно