Шум задней кромки является самым сильным источником звука от вращающихся авиационных и газотурбинных двигателей, используемых в самолетах, беспилотных летательных аппаратах и ветряных турбинах, и подавление этого шумового загрязнения является основной задачей охраны окружающей среды в некоторых городских районах.
Новое исследование, опубликованное в журнале Physics of Fluids, использовало характеристики чрезвычайно тихих крыльев сов для определения конструкции аэродинамических профилей — формы объекта, движение которого в газе создает значительную подъемную силу (например, крыло или лопасть пропеллера). Исследователи обнаружили, что такая конструкция значительно снижает шум задней кромки.
Морфология крыла совы. Фото: Lei Wang; Xiaomin Liu
«Ночные совы издают примерно на 18 децибел меньше шума, чем другие птицы при той же скорости полета, благодаря своей уникальной конфигурации крыльев», — говорит профессор Сяо Минь Лю из Сианьского университета Цзяотун в Китае.
«Более того, когда сова ловит добычу, форма крыльев также постоянно меняется, поэтому изучение конфигурации кромок крыльев во время полета совы имеет большое значение».
Шум задней кромки возникает, когда воздушный поток, проходящий вдоль аэродинамического профиля, образует турбулентные слои вдоль его верхней и нижней поверхности. Когда этот слой воздуха проходит обратно, чтобы объединиться на задней кромке (задний конец аэродинамического профиля), он создает и излучает шум.
Исследователи использовали программное обеспечение для расчета и анализа шума, чтобы изучить упрощенные аэродинамические профили с характеристиками, напоминающими крылья совы. Применяя эти заимствованные конструкции, они смогли подавить шум вращающихся механизмов в реальных приложениях.
Геометрические модели: (а) аэродинамического профиля на основе совы (б) асимметричных зубцов задней кромки и (c) обычных симметричных зубцов задней кромки. Фото: Lei Wang; Xiaomin Liu
Они оптимизировали форму задней кромки, введя зубцы, подобные тем, что есть на крыльях совы (вместо того, чтобы оставить ее ровной), что улучшило условия потока вокруг нее и, следовательно, уменьшило количество производимого шума.
Интересно, что использование асимметричных зубцов (по примеру кончиков перьев совы) снижает уровень шума больше, чем обычные симметричные зубцы.
Эти новые структуры важны, потому что, по словам Лю, хотя конструкции лопастей современных турбин очень сложны, сопутствующая технология шумоподавления также не на высоте.
«В настоящее время конструкция лопаток вращающихся турбомашин постепенно совершенствуется, но технология шумоподавления по-прежнему остается узким местом», — говорит Лю. «Возможности обычных пилообразных структур по снижению шума ограничены, и необходимо предложить и разработать некоторые новые структуры с неровной задней кромкой, чтобы еще больше использовать потенциал бионического снижения шума».
Исследователи считают, что эта работа послужит важным руководством для проектирования будущих аэродинамических профилей и контроля шума для микросамолетов и гидродинамических машин. Тем не менее, они подчеркивают, что снижение шума зависит от различных условий эксплуатации, поэтому конструкции аэродинамических профилей необходимо дополнительно оценивать в зависимости от каждого конкретного применения.
Источник: Cosmos.
