Аэроакустика
Авиационный шум — негативный фактор влияния воздушного транспорта на окружающую среду. Он является не только источником дискомфорта для людей, но часто большой проблемой для прочности летательных аппаратов и работоспособности бортовой аппаратуры. Акустические характеристики регламентируются постоянно ужесточающимися нормативными требованиями ИКАО (Международной организации гражданской авиации) и становятся важнейшим параметром, определяющим конкурентоспособность самолета, возможность его беспрепятственной эксплуатации на международных и национальных авиалиниях.
ЦАГИ осуществляет научное сопровождение летательного аппарата на различных этапах его проектирования и опытной эксплуатации для обеспечения заданного уровня шума на местности и в пассажирском салоне. В институте проводятся исследования по следующим направлениям:
• анализ физических процессов шумообразования в турбулентных течениях;
• анализ механизмов шумообразования и моделирование источников авиационного шума (вихри, струи, самолетные и вертолетные винты, элементы планера);
• разработка активных и пассивных методов снижения авиационного шума;
• разработка многоканальных методов измерений с помощью микрофонных решеток;
• исследование особенностей распространения звука в потоках, в том числе при наличии экранирующих поверхностей;
• исследование акустических нагрузок от различных источников аэродинамического происхождения;
• анализ и моделирование процессов передачи звуковой энергии в кабину летательного аппарата и влияние шума на его конструкцию;
• разработка современных методов звукоизоляции фюзеляжных панелей;
• разработка новых звукопоглощающих конструкций для снижения шума двигателей;
• расчетное определение ожидаемых уровней шума воздушного судна на местности и в салоне;
• оптимизация параметров взлета и посадки самолета по критерию минимального уровня шума в контрольных точках на местности;
• акустическое зонирование аэропортов;
• практическая реализация условий акустического комфорта в объектах градостроительства (метро, автотоннели и т.п.) и на железнодорожном транспорте;
• снижение шума различных промышленных энергетических установок, снижение уровня акустических нагрузок в каналах магистральных трубопроводов.
Обеспечение необходимого уровня экологической безопасности перспективных самолетов и вертолетов является весьма сложной задачей, решение которой требует проведения исследований по широкому кругу проблем аэроакустики. При решении фундаментальных и прикладных задач специалисты ЦАГИ сочетают использование теоретических, экспериментальных и численных методов:
• в ЦАГИ создаются теоретические модели, описывающие процессы генерации и распространения шума в различных условиях;
• разрабатываются новые методы снижения шума, основанные на понимании физических механизмов шумообразования;
• ЦАГИ обладает уникальной экспериментальной базой и современным оборудованием, позволяющими исследовать весь спектр задач аэроакустики на моделях малых масштабов;
• специалисты ЦАГИ имеют опыт работы на зарубежных крупномасштабных акустических установках (DLR AWB и DNW NWB в Германии, DNW-LLF в Нидерландах);
• в ЦАГИ разрабатываются новые методы измерений для акустических экспериментов на стендах натурных испытаний;
• разрабатываются собственные программы для численного моделирования шума реактивных струй, винтов, расчета шума в салоне;
• специалисты ЦАГИ имеют опыт аэроакустических расчетов на высокопроизводительных многопроцессорных комплексах( МГУ, ЮУрГУ).
ЦАГИ участвует в разработке нормативно-технической документации по аэроакустике отечественных самолетов и вертолетов и приведении ее в соответствие с международными нормами, участвует в разработке перспективных нормативных документов в рамках деятельности КАЕП ИКАО. К наиболее значимым практическим работам, проведенным/проводимым в ЦАГИ, относятся:
• обеспечение выполнения требований норм ИКАО по шуму на местности и в салоне для самолетов Ту-134/154, Ил-62/76/86/96, Ту-204/214, SSJ100;
• снижение уровня акустических нагрузок и повышение эффективности звукоизоляции самолетов Як-42, Ту-154/204, Ил-92/86/96, SSJ100;
• обеспечение выполнения требований норм ИКАО по шуму на местности для самолетов Ту-134/154, Ил-86/76/62, Ту-204 и Ил-96-300;
• исследования по обеспечению требований норм новой Главы 14 ИКАО для перспективного самолета МС-21.
Исследования процессов шумообразования и создания методов снижения шума ведутся ЦАГИ и в рамках Европейских программ. За последние годы специалисты института приняли/принимают участие в выполнении следующих проектов:
• DREAM (шум открытого ротора);
• OPENAIR (шум предкрылка, плазменные актуаторы для снижения шума струи);
• ORINOCO (расширение темы OPENAIR в части плазменных актуаторов);
• VALIANT (валидация вычислительных методов в аэроакустике);
•
• ESWIRP (исследования шума винта в DNW-LLF и АК-2);
• ASPIRE (разработка новых методов акустических измерений);
• ARTEM (разработка активных методов снижения шума взаимодействия струи и крыла).
Результаты исследований и основные достижения российских ученых в области снижения авиационного шума представляются на Открытой всероссийской конференции по авиационной акустике в Звенигороде, организуемой ЦАГИ раз в два года при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований.
Специалисты ЦАГИ регулярно представляют результаты своих исследований на основных международных конференциях по акустике и аэроакустике, таких как AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference, ICSV, EUCAS и др.