Пермские ученые работают над снижением шумности авиационных двигателей

Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета модернизировали звукопоглощающие конструкции и повысили эффективность с 85% до 90-95% на частотах 400-500 Гц и высоких уровнях звукового давления. Метод проверен в лабораторных условиях на 3D-печатных моделях, сообщает пресс-служба вуза на портале Naked Science.

3D-печатные образцы резонаторов

Для борьбы с шумностью авиационных двигателей существуют различные инженерные решения. Например, на выходе устанавливают шумоглушащие сопла — конусообразные или цилиндрические конструкции, изменяющие направление потоков газов. Ранее ученые Пермского политеха уже исследовали разные варианты таких сопел и их влияние на подавление звука, однако они не уменьшают весь возникающий шум, поскольку устанавливаются снаружи и воздействуют только на реактивную струю, не влияя на вентилятор.

Для глушения звука внутри двигателя устанавливаются звукопоглощающие конструкции, представляющие собой множество пустых ячеек-резонаторов, закрытых тонкими перфорированными листами. Каждая ячейка имеет одно или несколько отверстий, через которые внутрь попадают звуковые волны. Звуковая волна входит в резонатор, воздух в шейке (толщине перфорированного листа) начинает колебаться, и за счет трения о стенки энергия звука превращается в тепло. Однако, низкие частоты плохо поглощаются классическими звукопоглощающими конструкциями из-за ограничений по размерам и материалам. Ученые Пермского политеха нашли способ улучшить их работу, не увеличивая габариты.

Исследователи предложили удлинить шейку во внутренний объем резонатора и добавить на ее внутреннюю поверхность турбулизаторы — дополнительные неровные грани с выступами в виде ребер или гофр, помогающие поглощать шумы. Турбулентные потоки значительно увеличивают трение и, соответственно, преобразуют больше звуковой энергии в тепло.

Ученые протестировали несколько моделей с разной степенью выраженности граней на поверхности шейки: без них, маломасштабные, среднемасштабные и крупномасштабные (с изменением диаметров граней около 0,6-0,8 миллиметров). После численного моделирования проведены эксперименты на физических образцах резонаторов диаметром тридцать миллиметров. Образцы изготовлены методом 3D-печати из акрилонитрилбутадиенстирола (АБС, ABS) и прошли испытания интерферометре с нормальным падением волн. В нем регистрировался коэффициент звукопоглощения при высоком уровне звукового давления — 150 децибел, что характерно для большинства авиационных двигателей.

«Результаты показали, что лучше поглощают шум более крупные турбулизаторы с гранями в удлиненной шейке примерно 0,6-0,8 миллиметра. Также эффект можно усилить, увеличив количество шеек резонатора с одной до трех. Благодаря таким конструктивным решениям можно повысить звукопоглощение дополнительно на 5-7% в более широком диапазоне частот. То есть, если у обычной длинной и гладкой шейки на резонансной частоте этот показатель составляет 85%, то с использованием предложенной нами конструкции он будет доходить до 90-95% при высокой степени перфорации. В совокупности с другими методами это внесет существенный вклад в снижение авиационного шума», — рассказал доцент кафедры ракетно-космической техники и энергетических систем, ведущий сотрудник лаборатории механизмов генерации шума и модального анализа Олег Кустов.

В будущем ученые планируют продолжить исследования на более крупных моделях и в условиях скользящего потока, близкого к реальным условиям работы авиационных двигателей.

Исследование выполнено при грантовой поддержке Российского научного фонда, результаты опубликованы в журнале «Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение».

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.