Wytłumić hałas generowany przez silniki turbowentylatorowe
Do zmniejszania hałasu w gorących obszarach silników lotniczych używane są obecnie konwencjonalne, perforowane wkładki akustyczne. Istniejące technologie wkładek stosowanych we wlotach silników nie spełniają jednak wymagań termicznych i innych wymagań funkcjonalnych, jakie narzucają gorące gazy wylotowe w turbinach. Nowa wkładka pozwala na zastosowanie pochłaniaczy dźwięku także w gorących obszarach silnika, co umożliwia istotne ograniczenie hałasu dobiegającego z głównego kanału (gorących strumieni). W ramach projektu HOSTEL (Integration of a hot stream liner into the turbine exit casing (TEC)) naukowcy połączyli pochłaniacz dźwięku z konstrukcją obudowy wylotu turbiny silnika samolotu. Koncepcja wkładki HOSTEL opiera się na zastosowaniu zespolonej konstrukcji wierzchniego arkusza wkładki, stanowiącej połączenie cienkiej warstwy pianki metalowej z blachą perforowaną. Wcześniejsze badania wykazały, że taka struktura zapewnia dobre parametry akustyczne przy minimalnej zależności od przepływu i temperatury. Warstwa pianki metalowej jest lutowana na twardo z klasyczną strukturą przekładkową o budowie plastra miodu, a całość zostaje ściśnięta z określoną siłą. Zwiększa to opór akustyczny i zmniejsza nieliniowość reagowania wkładki na zmiany przepływu i temperatury. Naukowcy wykorzystali odpowiednie stopy niklu, aby zbudować wkładkę działającą w typowej temperaturze około 700°C. Znalazł się wśród nich stop Inconel 625, stosowany w blachach pełnych i perforowanych oraz rdzeniu o strukturze plastra miodu. Użyto także techniki symulacyjnej — liniowe wyrażenie równań Naviera-Stokesa w dziedzinie częstotliwości — w celu oceny parametrów aeroakustycznych kryzy dławiącej i rozszerzenia powierzchni. Metoda ta okazała się bardzo szybka i umożliwiła dokładną symulację rozchodzenia się fal dźwiękowych w kanałach wraz z przepływami i szczegółową geometrią. Wyniki omawianych prac powinny pomóc partnerom projektu w dostrojeniu hybrydowej wkładki akustycznej do częstotliwości ruchu łopatek turbiny niskociśnieniowej demonstracyjnego silnika turbowentylatorowego z przekładnią SAGE 4, opracowanego w ramach koncepcji SAGE (Sustainable and Green Engine). Badania powinny też wspomóc rozwój wkładek akustycznych spełniających wymagania termiczne i inne wymogi funkcjonalne. Elementy te mają kluczowe znaczenie dla ograniczania hałasu samolotów.
Słowa kluczowe
Hałas, silniki turbowentylatorowe, wkładka akustyczna, turbowentylatory, gorące strumienie
