Skip to main content

Article Category

Article available in the folowing languages:

Nowe techniki laboratoryjne sprawiają, że samoloty stają się cichsze

Hałas generowany przez przelatujące samoloty zakłóca sen ludzi na ziemi, co negatywnie wpływa na ich zdrowie. Finansowany przez Unię Europejską zespół przyczynił się do opracowania rozwiązań projektowych, które mogą pomóc w rozwiązaniu tego problemu.

Transport i mobilność

Hałas generowany przez samoloty stanowi poważny problem środowiskowy, który dotyka w szczególności osoby zamieszkujące obszary otaczające lotniska. Jednym z głównych negatywnych skutków hałasu jest fakt, że zakłóca zdrowy sen, co prowadzi do występowania licznych dolegliwości zdrowotnych, w szczególności chorób układu sercowo-naczyniowego. Osoby niedosypiające mają również często problemy z koncentracją, co w przypadku uczniów i studentów może prowadzić do występowania trudności w nauce i przekładać się na gorsze wyniki. Pomimo tego, że niektóre lotniska wprowadzają okresy ciszy nocnej, zwykle okresy te nie trwają zbyt długo. Ponadto, nawet hałas w ciągu dnia może być przyczyną stresu, co może prowadzić do występowania dalszych problemów zdrowotnych, a co gorsza, sytuacja ulega nieustannemu pogarszaniu wraz ze wzrostem ruchu lotniczego o 4,3 % rocznie. Według istniejących prognoz popyt na podróże lotnicze będzie rósł do co najmniej 2038 roku, jednak obawy związane z rosnącym zanieczyszczeniem hałasem zagrażają tej ekspansji. Z tego powodu nawet pomimo faktu, że współczesne samoloty są o 75 % cichsze niż te, które latały po naszym niebie jeszcze 30 lat temu, branża lotnicza potrzebuje jeszcze cichszych odrzutowców. W związku z tym Unia Europejska określiła wytyczne, których realizacja została zaplanowana na 2050 rok.

Nowe techniki i modele

W ramach finansowanego przez Unię Europejską projektu IMAGE zostały przeprowadzone badania metod pozwalających na obniżenie poziomu hałasu. W pierwszej kolejności badacze opracowali nowatorskie metody eksperymentalne oraz obliczeniowe, których wykorzystanie pozwoliło im na zbadanie z punktu widzenia fizyki podstaw dwóch głównych rodzajów hałasu generowanego przez samoloty. Silniki lotnicze są najbardziej hałaśliwe w czasie startów, natomiast hałas płatowca, generowany przez turbulencje powstające w wyniku wysunięcia klap oraz podwozia, staje się najbardziej uciążliwy w czasie lądowania. Zespół skupiony wokół projektu zajął się również badaniem możliwych mechanizmów i strategii ograniczania hałasu, skupiając się przede wszystkim na trzech technologiach lotniczych i podnosząc dzięki temu poziom ich gotowości technologicznej. Projekt IMAGE stanowi jeden z elementów unijnej inicjatywy polegającej na współpracy z partnerami z Chin w ramach projektów dotyczących aeronautyki. Uczestnikom projektu udało się osiągnąć sześć głównych rezultatów, spośród których pierwszym było udoskonalenie technik pomiaru hałasu akustycznego. Jedna z takich metod wykorzystuje okładziny akustyczne, które w tym przypadku stanowią porowate powłoki pokrywające kanały wentylatorów silnika. Udoskonalenia w zakresie metod obliczeniowych polegały na opracowaniu modeli matematycznych wykorzystywanych w procesie badania dynamiki płynów i aeroakustyki (CFD/CAA). „Opracowane metody mogą zostać wykorzystane w procesie projektowania właściwości aerodynamicznych i aeroakustycznych, a także w diagnostyce problemów”, twierdzi koordynator projektu Shia-Hui Peng.

Usprawnione projekty

Naukowcy wykorzystali nowe techniki pomiarowe i metody obliczeniowe w celu przewidywania skutków zmian w projektach elementów silników oraz płatowca, wśród których znalazły się okładziny akustyczne, siłowniki plazmowe (wykorzystujące wyładowania elektryczne oraz przepływ zjonizowanego powietrza w celu ograniczenia powstawania hałasu w wyniku separacji przepływu) oraz ekrany z siatki drucianej przeciwdziałające powstawaniu turbulencji, które stanowią jedno z głównych źródeł hałasu. Opracowane przez uczestników projektu ekrany pozwoliły na zmniejszenie hałasu o 3-4 decybele, natomiast ulepszone okładziny akustyczne przyniosły poprawę o kolejne 5-6 decybeli. „Mamy duże nadzieje, że nasze okładziny akustyczne pozwolą na ograniczenie hałasu generowanego przez wloty i wyloty silników lotniczych”, dodaje Peng. Kolejnym rezultatem projektu było sprawdzenie w praktyce koncepcji cichych konfiguracji łopatek i skrzydeł wentylatora, które powstały w ramach przeprowadzonych prac, a także testowanie oddziaływań pomiędzy silnikiem i skrzydłem. Realizacja projektu wiązała się również z opracowaniem bazy danych konfiguracji przypadków testowych na potrzeby weryfikacji przy pomocy narzędzi CFD/CAA, uwzględniających oraz nieuwzględniających siłowników ograniczających hałas. Baza ta ma również zostać udostępniona na potrzeby przyszłych projektów badawczych realizowanych w Unii Europejskiej. Ponadto zespół opracował zestaw wytycznych dotyczących najlepszych praktyk związanych z wykorzystaniem metod CFD/CAA oraz wdrażania technologii ograniczających hałas. W ramach prac naukowców powstała również ocena techniczna badanych technologii, w której znajduje się opis ich gotowości oraz potencjału do zastosowania przemysłowego. Projekt IMAGE dobiegł końca w połowie 2019 roku. Niektórzy partnerzy skupieni wokół projektu postanowili dołączyć do innych trwających projektów unijnych z zamiarem dalszego rozwoju i wykorzystania metodologii opracowanych w ramach inicjatywy IMAGE. Inni partnerzy zainicjowali z kolei swoje własne partnerstwa dwustronne. Branża lotnicza nie dysponuje jeszcze supercichymi samolotami, jednak badania zrealizowane w ramach projektu IMAGE sprawiają, że taka wizja staje się coraz bardziej rzeczywista.

Słowa kluczowe

IMAGE, hałas aeroakustyczny, samolot, zdrowie, ograniczanie hałasu, podstawowa fizyka lotu

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania