В Пермском Политехе создали и протестировали различные варианты конструкции гофрированных сопел

В Пермском Политехе создали и протестировали различные варианты конструкции гофрированных сопел
При взлёте самолёта уровень шума от реактивной струи авиационного двигателя может достигать значений от 110 до 130 дБ, что может вызвать болевые ощущения у людей и животных находящихся вблизи. Для снижения шума применяются комплексные меры, включающие запрет на строительство жилых домов рядом с аэропортами, разработку новых методов взлёта и посадки, а также изменения в конструкции двигателей.
Основной источник шума – сами двигатели. Инженеры работают над разработкой звукопоглощающих материалов для внутренних каналов двигателей и отделки салонов пассажирских воздушный судов. С другой стороны, значительная часть задачи по снижению шума связана со звуком от реактивной струи газов, бьющей из сопла двигателя. Одним из наиболее эффективных методов снижения шума является уменьшение скорости истечения газов путём увеличения диаметра вентилятора.
Однако такой подход может привести к увеличению размеров и массы, а также ухудшению аэродинамических характеристик самолёта. Сейчас ищут другой путь – менять конструкции деталей двигателя, например, сопел. Учёные Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) выяснили, что из нововведений наиболее эффективно.
Сопло необходимо для создания реактивной струи, которая обеспечивает движение и разгон самолёта. Обычно сопло имеет форму усечённого конуса. Использование различных механизмов для снижения шума реактивной струи может привести к увеличению потерь мощности двигателя. Важно найти оптимальный баланс, чтобы эффективно снижать уровень шума с минимальными потерями тяги. В настоящее время широко распространены шевронные сопла, у которых вдоль кромки присутствуют треугольные зубцы, улучшающие смешение между струей и окружающим воздухом. Это приводит к снижению низкочастотного шума струи газов, но на высоких частотах он может увеличиваться.

Другой тип сопел – гофрированные с волнообразными складками на срезе. Недавние исследования показали, что увеличение числа гофр (более 4-6 штук) может повысить эффективность снижения шума сопла. Это создаёт потенциал для улучшения шумоподавления как на низких, так и на высоких частотах. Исследователи ПНИПУ работают над оптимизацией конструкции гофрированных сопел для более эффективного снижения шума и улучшения общей производительности.
В ПНИПУ провели серию исследований для оптимизации конструкции гофрированных сопел и снижения шумовой нагрузки от реактивной струи. Путём печати на 3D-принтере сопел из термопластика с различным количеством и размерами лепестков, они сравнили результаты с использованием стандартных конических сопел. Проведённый анализ показал, что увеличение числа лепестков до 12 и амплитуды гофров позволяет значительно уменьшить уровень шума и расширить частотный диапазон его снижения. Дополнительные расчёты подтвердили, что сопла с улучшенной конструкцией при сохранении эффективности по снижению шума имеют минимальные потери тяги, что делает их сопоставимыми с шевронными соплами.
Использование сопел с 12 лепестками позволяет снизить уровень шума до 2-3 дБ в диапазоне частот от 20 до 20 000 Гц. При этом возможно незначительное ухудшение тяговых характеристик, однако эти изменения крайне малы – не превышают 0,4-0,6%. Эти результаты считаются допустимыми и планируется дальнейшее исследование методов снижения шума реактивных струй для создания более безопасных и экологичных сопел турбореактивных двигателей.