Чем поможет новая разработка

Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) разработали новую конструкцию звукопоглощающих панелей для авиационных двигателей. Она позволяет снизить уровень шума и одновременно уменьшить массу конструкции. Вместо традиционных шестигранных сот исследователи использовали ячейки в форме прямых и перевернутых конусов. Каждый элемент поглощает звук на своей частоте, а комбинация ячеек разных размеров позволяет подавлять шум в широком диапазоне.

После длительных перелетов многие пассажиры сталкиваются с гулом в ушах и усталостью. Это связано с тем, что уровень шума в салоне самолета достигает 80–85 дБ — примерно как рядом с оживленной трассой. Для пилотов и бортпроводников это рабочие условия, которые со временем могут влиять на слух. Шум также беспокоит людей, живущих рядом с аэропортами. По словам разработчиков, новая технология способна снизить эти риски. Образцы панелей напечатали на 3D-принтере, чтобы точно воспроизвести сложную форму, после чего испытали на специальной установке.

— Это звукоизолированная лабораторная установка, где создается тестовый шум в 130–150 децибел, — примерно как у работающего авиационного двигателя. Так мы проверяли, как новая конструкция ведет себя в условиях, близких к реальному полету. Сначала панель испытали без потока воздуха, затем — при скорости, приближенной к полетной. Микрофоны фиксировали, сколько шума она поглощает. Для сравнения таким же образом протестировали и обычную сотовую панель, — рассказала младший научный сотрудник НИЛ ПАКМ кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций» ПНИПУ Карина Ахунзянова.

По ее словам, испытания проводились на частотах от 1300 до 6200 Гц — именно в этом диапазоне формируется шум авиационных двигателей. Специалисты оценивали, на каких частотах панели работают эффективнее и как меняется их результативность при появлении воздушного потока.

Испытания показали, что обычная сотовая панель без потока воздуха хорошо снижает шум на низких частотах — на 51–54 дБ, однако на высоких ее эффективность падает примерно до 14 дБ. При появлении воздушного потока показатели снижаются до 13–23 дБ.

— Конусная конструкция без потока стабильно работала на всех частотах и снижала шум на 38–40 дБ. Это хороший результат, который позволяет значительно уменьшить громкость двигателя. При появлении воздушного потока показатели почти не меняются — от 32 до 44 децибел. В отличие от сотовой панели такая конструкция практически не реагирует на поток воздуха и сохраняет эффективность в реальных условиях. Новые панели позволяют сделать самолеты тише без увеличения массы и удорожания производства, — рассказал заведующий НИЛ ПАКМ кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций» ПНИПУ, кандидат технических наук Павел Писарев.

По данным ученых, новая конструкция примерно в полтора раза легче многослойных аналогов. При этом уровень звукопоглощения в среднем на 20 децибел выше, чем у классических однослойных панелей, а наибольшую эффективность она показывает в диапазоне частот 2000–5400 Гц.

Разработка также менее чувствительна к небольшим погрешностям при производстве. Обычные панели настраивают на три режима работы двигателя: взлет, посадку и крейсерский полет, поэтому даже незначительные отклонения могут снижать их эффективность. Новая конструкция рассчитана на широкий диапазон частот, поэтому подобные погрешности практически не влияют на качество шумоподавления, отметил Павел Писарев.

Ценность для современного авиапрома

Разработка может оказаться востребованной, если заявленные характеристики подтвердятся на практике, считает заведующий лабораторией Центра НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества» МГТУ имени Н.Э. Баумана Вячеслав Богачев.

— Если всё действительно так, как в описании, то технология будет востребована. Многочасовой гул в самолетах сильно утомляет пассажиров. Было бы полезно также доработать решение с точки зрения снижения вибрации. В целом проблемами акустики у нас занимается не так много специалистов, — считает он.

По словам эксперта, снижение шума на 38–40 децибел будет очень заметным для человеческого слуха. Шкала децибел не линейная, она отражает субъективные ощущения, поэтому речь идет не о двукратном, а примерно о четырехкратном снижении воспринимаемой громкости, добавил он.

Разработка особенно важна в условиях импортозамещения, считает генеральный директор научно-производственного центра БАС Томской области, эксперт рынка НТИ «Аэронет» Денис Меликов.

— Шум остается серьезной проблемой при работе на большой мощности, а в некоторых случаях может выступать демаскирующим фактором при применении БПЛА. По сути, эта технология не имеет прямых аналогов: существующие решения в области шумоподавления относятся к другим типам акустических конструкций, — отметил он.

По словам эксперта рынка НТИ «Аэронет» Артема Богатырева, ключевое преимущество — использование 3D-печати, которая позволяет формировать сложную внутреннюю геометрию панели за одну операцию.

— Главное достижение разработки — не просто новая панель, а инновационный способ ее изготовления. Использование разновысотной 3D-печатной матрицы позволяет формировать сложную внутреннюю геометрию панели за одну операцию. Это решает давнюю проблему производства: высокую стоимость и большой процент брака при создании многослойных конструкций с разными по высоте ячейками, которые необходимы для эффективного подавления шума в широком диапазоне.

Он добавил, что в России уже применяются схожие решения. В частности, речь идет о стеклосотопластах, разработанных Обнинским научно-производственным предприятием «Технология» и используемых для двигателей ПД-8 и ПД-14.