Исследователи из Бристольского университета разгадали загадку того, как футуристические авиационные двигатели с энергосберегающей системой создают шум.
Их исследование, опубликованное в журнале Journal of Fluid Mechanics, впервые показывает, как шум генерируется и распространяется от этих двигателей, технически известных как канальные вентиляторы с поглощением пограничного слоя (BLI). Статья называется «Аэроакустика канального вентилятора, поглощающего пограничный слой с неблагоприятным градиентом давления».
Канальные вентиляторы BLI похожи на большие двигатели современных самолетов, но частично встроены в основной корпус самолета, а не под крылья. Поскольку они поглощают воздух как спереди, так и с поверхности планера, им не приходится прилагать столько усилий, чтобы переместить самолет, поэтому он сжигает меньше топлива.
В исследовании, проведенном Ферозом Ахмедом из Бристольской школы гражданского, аэрокосмического и проектного машиностроения под руководством профессора Махди Азарпейванда, использовалась Национальная аэроакустическая аэродинамическая труба университета. Им удалось идентифицировать отдельные источники шума, исходящие от воздуховода, вращающегося вентилятора и воздуха, проходящего по изогнутой поверхности планера.
Они обнаружили, что характер шума меняется в зависимости от того, какую тягу создает вентилятор. Когда вентилятор создает большую тягу, они наблюдали картину шума, аналогичную той, которая наблюдается у вентиляторов без воздуховодов. Но когда вентилятор создает меньшую тягу, характер шума меняется, поскольку сам воздуховод начинает издавать больше шума.
Доктор Ахмед сказал: «Наше исследование рассматривает эту острую проблему шума, которая представляет собой серьезное препятствие для получения сертификатов, путем раскрытия физики шума, производимого этими конфигурациями.
«Понимая механизмы шума в канальных вентиляторах BLI, мы надеемся, что можно будет разработать промышленные рекомендации для более тихих силовых установок, интегрированных в корпус планера, в будущих концепциях самолетов, от крупномасштабных обычных самолетов до небольших электрических систем вертикального взлета и посадки». известный как eVTOL, самолет».
Такие проекты, как Bell X-22A, Embraer X, Airbus E-fan, Lilium Jet, Green Jet и Hybrid Air Vehicle, лидируют в разработке этих систем для самолетов следующего поколения. Они становятся все более популярными благодаря развитию мощных электродвигателей.
Доктор Ахмед сказал: «Но у встроенных канальных вентиляторов есть одна загвоздка: насколько они громкие или тихие, до сих пор остается загадкой, особенно когда они поглощают поток воздуха со стороны изогнутой поверхности фюзеляжа.
«Предыдущие исследования конфигураций BLI в основном были сосредоточены на вентиляторах без воздуховодов, где пограничный слой образуется на плоских поверхностях фюзеляжа. Однако существует пробел в знаниях, когда речь идет о канальных вентиляторах, всасывающих воздух вокруг изогнутых поверхностей фюзеляжа, как это видно в таких проектах, как ONERA NOVA. , НАСА/MIT Aurora D8 и Airbus Nautilus.
«Итак, в этом исследовании мы внимательно изучили различные факторы, влияющие на шум, производимый встроенными канальными вентиляторами, установленными на изогнутых поверхностях планера».
Исследователи разработали испытательный стенд BLI с электрическим канальным вентилятором, установленным рядом с изогнутой стеной, повторяя установку встроенных двигателей, которые можно увидеть в таких конструкциях, как концепция самолета ONERA NOVA. Они собрали различные типы данных с буровой установки, включая измерения мощности тяги вентилятора и уровня создаваемого шума.
Анализируя сложные механизмы взаимодействия шума между различными источниками, эта концепция помогла раскрыть основную физику того, где возник шум и как он менялся, когда вентилятор работал на разных уровнях тяги.
Доктор Ахмед заключил: «Учитывая растущий спрос на приятные впечатления от полета с минимальным воздействием на окружающую среду , существует потребность в более тихих самолетах. Это исследование имеет потенциальное применение при разработке стратегий по снижению уровня шума в авиационном секторе.
«Более того, наше всестороннее исследование по выявлению влияния шума в канальных вентиляторах BLI потенциально может стимулировать значительную исследовательскую деятельность в сообществе гидромехаников. Это, в свою очередь, может способствовать более глубокому пониманию и дальнейшему изучению аэроакустических явлений в канальных вентиляторах, подвергающихся воздействию широкий спектр приходящих турбулентных потоков.
«Наше исследование проливает свет на то, как шум создается футуристическими встроенными канальными вентиляторами , установленными на изогнутых поверхностях фюзеляжа, и показывает, что характер шума меняется в зависимости от уровня тяги вентилятора, что дает важную информацию для разработки более тихих самолетов следующего поколения».