КОЛУМБУС, Огайо. В будущем реактивные двигатели могут работать тише благодаря технологии, разработанной в Университете штата Огайо.
Исследователи разработали технологию глушителя, которая создает электрические дуги для контроля турбулентности в потоке выхлопного воздуха двигателя - основной причины шума двигателя. Университет подал заявку на патент на конструкцию.
С помощью переключателя пилоты могли включать и выключать глушители, называемые плазменными приводами, уменьшая шум вокруг коммерческих аэропортов или военных взлетно-посадочных полос, сказал Мохаммад Самими, профессор машиностроения.
Он и его коллега Игорь Адамович, доцент кафедры машиностроения, продемонстрировали технологию в серии лабораторных испытаний. Они использовали лазерный свет, чтобы осветить смоделированный поток выхлопных газов двигателя, и изучили, как различное расположение приводов влияет на поток.
Они протестировали приводы с использованием двух типов воздушных потоков, один из которых имитировал выхлоп коммерческого самолета, а другой - выхлоп высокоскоростного военного самолета. Типичные большие коммерческие самолеты, такие как Boeing 747, летают со скоростью 0,85 Маха, или в 0,85 раза больше скорости звука, в то время как современные военные самолеты могут достигать скорости 2 Маха.
Испытания показали, что плазменные актуаторы успешно управляют структурами турбулентности в воздушном потоке.
Все реактивные самолеты могут извлечь выгоду из этой технологии, сказал Самими.
До недавнего времени шум был проблемой только для коммерческих аэропортов, которые часто окружены жилыми районами. Но по мере того, как население рассредоточивалось по Соединенным Штатам, военные аэропорты также начали ощущать необходимость уменьшить шум, слышимый соседними общинами, пояснил он.
Самый важный фактор в обеспечении глушения самолета во время взлета - когда реактивный двигатель работает наиболее громко - это управление потоком выхлопного воздуха, сказал Самими. Высокоскоростной воздушный поток обеспечивает тягу самолета, а также создает большую часть шума.
«Нужно уменьшить шум, не влияя при этом отрицательно на тягу - вот в чем проблема. Когда разработка приводов будет завершена, они справятся с поставленной задачей», - сказал он.
Самими изучает турбулентность в рамках своей работы с гидродинамикой, одной из самых сложных областей науки и техники. Управление потоком - это междисциплинарная тема, которая привлекает исследователей из различных инженерных дисциплин, таких как механика, авиация и электрика.
Анализируя изображения потоков жидкости, Самими и его коллеги могут собрать огромное количество информации, которую можно использовать для управления потоком. Например, они могут настраивать недавно разработанные плазменные приводы для согласования с определенными частотами потока и оптимизировать шумоподавление.
Этот проект вырос из работы Сэмими в НАСА в 1990-х годах. Там он работал над структурными изменениями на задней кромке выхлопной системы, называемыми выступами или шевронами - зигзагообразными вырезами на выходе из сопла, которые вносили продольные структуры турбулентности в поток выхлопных газов и, таким образом, влияли на смешивание и шумовые характеристики двигателя. Некоторые из самых последних авиационных двигателей содержат шевроны.
Шевроны уменьшают шум, но снижают эффективность использования топлива. Шевроны необходимы только во время взлета и посадки, но они являются постоянными приспособлениями двигателя и не могут быть отключены на крейсерской высоте для повышения эффективности использования топлива.
«Я хотел спроектировать приводы, которые могли бы включаться и выключаться, а также использовать нестабильность потока», - сказал Сэмими. «Плазменные приводы - это такие приводы».
Плазменные приводы, разработанные для снижения шума, также могут обеспечить дополнительный уровень скрытности для современных военных самолетов, сказал Самими. Пилоты могли запускать электрические дуги по определенной схеме, чтобы смешивать очень горячие выхлопные газы с наружным воздухом, значительно уменьшая тепловую сигнатуру, которая проявляется в инфракрасных системах слежения.