Специалисты Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) разработали новую звукопоглощающую конструкцию для авиационных двигателей. Панели получились в 1,5 раза легче традиционных многослойных аналогов, при этом их эффективность шумоподавления на 20 децибел выше, чем у обычных однослойных сот. Разработка работает в широком диапазоне частот — от 2000 до 5400 Гц. Об этом сообщили в пресс-службе университета.

Почему авиационный шум остаётся проблемой

Шум от двигателей — одна из самых острых экологических и социальных проблем авиации. В салоне самолёта уровень звука достигает 80–85 дБ — это сопоставимо с оживлённой городской магистралью. Для пассажиров такой фон вызывает повышенную утомляемость и дискомфорт после долгого перелёта. Для экипажа — постоянную шумовую нагрузку, которая со временем сказывается на здоровье. А миллионы людей, живущих вблизи аэропортов, вынуждены терпеть гул взлётов и посадок как ежедневный фон, что нарушает сон и повышает риск стресса и сердечно-сосудистых заболеваний.

Главный источник шума — турбореактивные двигатели. Чтобы его уменьшить, внутренние каналы (воздухозаборник, сопло, канал вентилятора) облицовывают звукопоглощающими панелями с сотовым заполнителем. Самая распространённая конструкция — шестигранные соты одинаковой высоты, похожие на пчелиные. Они недороги в производстве и хорошо поглощают звук в лабораторных условиях. Но в реальном полёте их эффективность резко падает.

«Как правило, это соты с одинаковой высотой, настроенные на конкретные частоты. В условиях воздушного потока они работают хуже: воздух нарушает их настройку, из-за чего падает результативность шумоподавления», — объясняет младший научный сотрудник лаборатории пространственно-армированных композиционных материалов ПНИПУ Карина Ахунзянова.

Новая конструкция: конусы вместо одинаковых сот

Учёные предложили принципиально иную геометрию — ячейки в форме прямых и перевёрнутых конусов. Каждый такой элемент настроен на свою резонансную частоту, а сочетание разных объёмов и форм позволяет панели эффективно гасить звук сразу в широком диапазоне.

Образцы изготовили на 3D-принтере и испытали на специальной акустической установке, имитирующей реальные условия внутри двигателя. Уровень генерируемого шума составлял 130–150 дБ — типичные значения для работающего авиадвигателя.

Результаты впечатляют: новая конструкция почти не реагирует на воздушный поток, сохраняет стабильную эффективность в реальных условиях и даёт выигрыш в 20 дБ по сравнению с классическими однослойными панелями. При этом масса панелей снизилась в 1,5 раза — важный параметр для авиации, где каждый лишний килограмм стоит дорого.

«Наша конструкция практически не реагирует на поток воздуха и в реальных условиях работает стабильно. Новые панели позволяют делать самолёты тише, при этом не утяжеляя их и не делая производство дороже», — отметил заведующий лабораторией ПНИПУ Павел Писарев.

Дополнительные плюсы: устойчивость к ошибкам производства

Ещё одно преимущество — новая панель гораздо менее чувствительна к производственным погрешностям. Традиционные соты жёстко настроены на несколько конкретных частот, поэтому даже небольшое отклонение в размерах ячеек (из-за неточности изготовления или деформации) заметно снижает эффективность. Конусная конструкция рассчитана на широкий диапазон и сохраняет хорошие характеристики даже при небольших отклонениях в геометрии или материале.

Перспективы применения

Если технология дойдёт до серийного производства, она может существенно снизить шумовую нагрузку как внутри салона (для пассажиров и экипажа), так и снаружи — для жителей приаэродромных зон. Это особенно актуально для современных двухконтурных двигателей большой степени двухконтурности, где шум вентилятора и сопла остаётся одной из главных проблем.

Разработка уже прошла лабораторные испытания. Следующий этап — стендовые и лётные проверки на реальных двигателях.

Вкратце

Учёные ПНИПУ создали новые звукопоглощающие панели для авиационных двигателей с конусными ячейками. Они в 1,5 раза легче многослойных аналогов, на 20 дБ эффективнее традиционных однослойных сот и работают стабильно в широком диапазоне частот (2000–5400 Гц), почти не реагируя на воздушный поток. Конструкция устойчива к производственным погрешностям и может заметно снизить шум в салоне и вокруг аэропортов.