Вважається, що електрифікація відіграє важливу роль в авіації завтрашнього дня без використання викопних палив. Але електрична авіація бореться з компромісною дилемою: чим енергоефективніший електричний літак, тим шумнішим він стає. Тепер дослідники з Технологічного університету Чалмерса, Швеція, розробили метод оптимізації конструкції гвинта, який прокладає шлях до тихої та ефективної електричної авіації.
В останні роки електрифікація була описана як така, що відіграє важливу роль у зменшенні викидів від авіації майбутнього. У зв’язку з проблемами, пов’язаними з великими дальностями, інтерес в основному зосереджений на електричних гвинтових літаках, які долають менші відстані. Пропелери, з’єднані з електродвигунами, вважаються найефективнішою силовою установкою для регіональних і внутрішніх рейсів. Але в той час, як літаки електричні, гвинти викликають інший вид випромінювання — шум. Шум від лопатей гвинта не просто заважатиме авіапасажирам. Майбутні електричні літаки повинні будуть літати на відносно низькій висоті, при цьому шум заважатиме житловим районам і тваринам.
Боротьба з дилемою компромісу
Ось де дослідницька спільнота стикається з дилемою. Прагнення розробити електричні літаки, які були б тихими та енергоефективними, дещо перешкоджає проблемі компромісу.
«Ми бачимо, що чим більше лопатей має пропелер, тим нижчий рівень шуму. Але з меншою кількістю лопатей двигун стає ефективнішим, а електричний літак може літати довше. У цьому сенсі існує компроміс між енергоефективністю та Це щось на кшталт перешкоди для тихих і ефективних електричних літальних апаратів», — пояснює Хуа-Донг Яо, доцент і дослідник динаміки рідин і морських технологій в Технологічному університеті Чалмерса.
Оптимізована конструкція для тихих і ефективних гвинтів
Але тепер Хуа-Донг Яо та його колеги-дослідники можуть бути на крок ближче до рішення. Їм вдалося виділити та дослідити шум, який виникає на кінчику лопатей гвинта, або «кінцеві вихори», відоме, але менш вивчене джерело шуму. Виділяючи цей шум, дослідники змогли повністю зрозуміти його роль по відношенню до інших джерел шуму, створюваного лопатями гвинта. Налаштувавши ряд параметрів гвинта, таких як кут нахилу, довжина хорди та кількість лопатей, команда знайшла спосіб оптимізувати конструкцію гвинта та вирівняти ефект компромісу між ефективністю та шумом.
Метод, описаний у дослідженні, опублікованому в журналі Aerospace, тепер можна використовувати в процесі проектування тихіших гвинтів для майбутніх електричних літаків.
«Сучасні авіаційні гвинти зазвичай мають від двох до чотирьох лопатей, але ми виявили, що, використовуючи шість лопатей, розроблених за допомогою нашої системи оптимізації, ви можете розробити пропелер, який є відносно ефективним і тихим. Пропелер забезпечує зниження шуму до 5- 8 дБА із лише 3,5-відсотковой поразкою тяги порівняно з пропелером із трьома лопатями. Це можна порівняти зі зниженням шуму людини, яка переходить від звичайної розмови до звуку, який ви б відчули в тихій кімнаті», — каже Хуа-Донг. Яо.
А-зважений децибел (дБА або дБ(А)) — це вираження відносної гучності звуків, які сприймає людське вухо. А-зважування надає більшу цінність частотам у середньому діапазоні людського слуху та меншу цінність частотам на краях порівняно з рівним вимірюванням звукових децибелів. А-зважування є стандартом для визначення пошкодження слуху та шумового забруднення.