Сплавы с памятью формы могут помочь самолетам приземлиться без единого звука

 

Наличие дома рядом с оживленным аэропортом, безусловно, имеет свои преимущества. Он находится недалеко от многих заведений и облегчает проблему пробираться через бесконечное движение, чтобы успеть на рейсы. Но за это приходится платить—терпеть резкие звуки коммерческих самолетов во время посадки и взлета.

 

Исследователи из Техасского университета A&M провели вычислительное исследование, которое подтверждает использование сплава с памятью формы для уменьшения неприятного шума самолета, создаваемого при посадке. Они отметили, что эти материалы могут быть вставлены в качестве пассивных бесшовных наполнителей в крылья самолета, которые автоматически разворачиваются в идеальное положение во время спуска.

"При посадке двигатели самолетов заглушаются далеко назад, и поэтому они очень тихие. Любой другой источник шума, например, от крыльев, становится довольно заметным для людей на земле", - сказал доктор Даррен Хартл, доцент кафедры аэрокосмической техники. "Мы хотим создать конструкции, которые ничего не изменят в летных характеристиках самолета и при этом значительно уменьшат проблему шума."

Исследователи описали свои выводы в журнале Journal of Aircraft.

Авиационный шум является постоянной проблемой общественного здравоохранения. Самолеты могут генерировать до 75-80 децибел во время посадки, что может нанести ущерб слуху в долгосрочной перспективе. Например, исследования показали, что люди, подвергающиеся постоянному авиационному шуму, могут испытывать нарушения сна и повышенный риск инсульта и сердечных заболеваний по сравнению с теми, кто не живет вблизи аэропортов.

Источник шума самолета различен при подъеме и спуске. Во время взлета двигатели являются основным источником шума. С другой стороны, когда самолеты замедляются при посадке, двигателям не нужно вырабатывать энергию и они в основном работают на холостом ходу. В это время крылья начинают перестраиваться, чтобы замедлить самолет и подготовиться к посадке. Подобно открыванию жалюзи, передняя кромка крыла отделяется от основного корпуса. Это изменение заставляет воздух врываться в созданное пространство, довольно сильно кружиться и производить шум.

"Идея похожа на то, как создается звук на флейте", - сказал Хартл. "Когда играют на флейте, воздух, обдуваемый отверстием, начинает кружиться вокруг отверстия, и размер, длина и то, как я закрываю отверстия, производят резонансный звук определенной частоты. Аналогично, циркулирующий воздух в бухте, создаваемой между передней кромкой крыла и основным крылом, резонирует и создает резкий, неприятный шум."

Более ранняя работа сотрудников Хартла в НАСА показала, что наполнители, используемые в качестве мембраны в форме вытянутой буквы "S" в этой бухте, могут обойти вызывающую шум циркуляцию воздуха и тем самым уменьшить резкий звук. Однако систематический анализ материалов-кандидатов, которые могли бы принять желаемую S-образную геометрию во время спуска, а затем вернуться в переднюю кромку крыла после посадки, отсутствовал.

Чтобы устранить этот пробел, исследователи провели всестороннее моделирование, чтобы выяснить, может ли мембрана, изготовленная из сплава с памятью формы, перемещаться вперед и назад, меняя форму при каждой посадке. Их анализ учитывал геометрию, упругие свойства сплава с памятью формы и аэродинамический поток воздуха вокруг материала во время спуска. Для сравнения исследователи также смоделировали движение мембраны, изготовленной из полимерного композита, армированного углеродным волокном, в тех же условиях воздушного потока.

Хартл сказал, что эти типы моделирования являются дорогостоящими с вычислительной точки зрения, поскольку поток воздуха вокруг конформного материала необходимо моделировать при анализе движения материала, вызванного воздухом.

"Каждый раз, когда воздух оказывает некоторое давление на материал, материал движется. И каждый раз, когда материал движется, воздух движется вокруг него по-разному", - сказал он. "Таким образом, поведение воздушного потока изменяет структуру, а движение конструкции изменяет воздушный поток."

Следовательно, команде пришлось выполнять вычисления от сотен до тысяч раз, прежде чем движение материалов было правильно смоделировано. Когда они проанализировали результаты своего моделирования, они обнаружили, что как сплав с памятью формы, так и композит могут изменять свою форму, чтобы уменьшить циркуляцию воздуха и тем самым снизить уровень шума. Однако исследователи также обнаружили, что композит имел очень узкое окно конструкций, которое позволяло бы подавлять шум.

В качестве следующего шага Хартл и его команда планируют проверить результаты своих симуляций с помощью экспериментов. В ходе этих испытаний исследователи разместят уменьшенные модели крыльев самолета с наполнителями из сплава с памятью формы в аэродинамических трубах. Цель состоит в том, чтобы проверить, могут ли наполнители принимать правильную форму и снижать уровень шума в ситуациях, близких к реальным.

"Мы также хотели бы добиться большего успеха", - сказал Хартл. "Мы могли бы создать конструкции меньшего размера, которые могут снизить уровень шума и не требуют S-образной формы, которые на самом деле довольно большие и потенциально тяжелые."

ИСТОЧНИК

Категория: Наука и Техника | Добавил: fantast (13.07.2021)
Просмотров: 15 | Рейтинг: 0.0/0