Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н. Е. Жуковского
ENG
Версия для печати

Без шума и промедления

Мы не раз писали о разрабатываемом учеными ФГУП «ЦАГИ» авиалайнере нового поколения — сверхзвуковом деловом самолете (СДС). Специалисты института занимаются формированием его внешнего облика, исследованием аэродинамических качеств, обеспечением высоких сверхзвуковых скоростей полета. Но вопрос соответствия современным и перспективным экологическим требованиям по шуму на местности до сих пор остается открытым.

Данная проблема активно исследуется в российском центре авиационной науки, и именно ей был посвящен семинар Ученого совета ФГУП «ЦАГИ». После мероприятия мы встретились с начальником акустического отделения, экспертом Центрального аэрогидродинамического института в области аэроакустики Виктором Копьевым и поговорили о дальнейшей судьбе исследований по созданию перспективного самолета.

— Виктор Феликсович, какие проблемы встречаются на пути создания сверхзвуковой пассажирской авиации с точки зрения аэроакустики?

— Проблематика шума сверхзвукового самолета очень актуальна, аналогичные исследования ведутся по всему миру, в том числе и такими крупными игроками рынка, как Boeing и Airbus. Идея быстрых перелетов востребована не только в бизнес-авиации, но и в области пассажирских перевозок.

Однако производители при создании нового лайнера сталкиваются со значительными трудностями. Это в большей степени относится к экологическим параметрам: звуковому удару и шуму на местности, которые регламентируются нормами Международной организации гражданской авиации (ИКАО). Выработка этих норм является главной задачей Комитета ИКАО по снижению воздействия авиации на окружающую среду (КАЕП). В комитете действует также постоянная подгруппа по сверхзвуковому самолету, которая в настоящий момент разрабатывает новый стандарт по звуковому удару. Однако норм по шуму на местности конкретно для такого перспективного лайнера пока не существует, что создает определенные сложности при его проектировании. Фактически воздушное судно, разрабатываемое нами сегодня, должно удовлетворять всем возможным экологическим требованиями в будущем, поэтому очень важно сегодня иметь правильные ориентиры, надежно оценить, где мы находимся, не основываясь на благих пожеланиях и недостоверных оценках, а четко понимая реальную сложность поставленной задачи, диктуемой нормами ИКАО.

— Вы упомянули про нормы ИКАО. Расскажите об этом подробнее.

— ИКАО — специализированное учреждение ООН, устанавливающее международные нормы гражданской авиации и координирующее ее развитие. Его главная цель — повышение безопасности и эффективности гражданских летательных аппаратов.

Нормы ИКАО по шуму для дозвуковых самолетов регламентируют максимальные уровни шума в трех контрольных точках (взлет, пролет и посадка) в зависимости от того, какой взлетной массой обладает воздушное судно, сколько двигателей на нем установлено. В итоге акустические параметры не должны превышать каждого из этих значений, а ужесточение норм идет в основном через ограничения суммарных значений (определяемые действующими или перспективными требованиями).

ИКАО в качестве рекомендаций прописывает ограничения по шуму самолетов на местности для всех государств — членов этой организации. На их основании страны принимают собственные нормы. Таким образом, если конкретный летательный аппарат не удовлетворяет нормам ИКАО, то он автоматически нарушает национальные требования большинства государств, что запрещает эксплуатацию данного самолета в их воздушном пространстве.

— Ранее Вы упомянули, что для сверхзвукового авиалайнера пока не выработаны нормы. На что Вы ориентируетесь при создании СДС?

— В документах ИКАО предписано, в качестве безусловного ориентира следовать ограничениям по шуму для дозвукового самолета с соответствующей взлетной массой. И для того, чтобы результаты исследований ЦАГИ корректно оценить с точки зрения перспективных норм, необходимо правильно пользоваться рекомендациями ИКАО: например, для нашего проекта со взлетной массой в 135 тонн не подойдут требования для 400-тонного дозвукового лайнера, которые намного слабее. К сожалению, такие ошибки до сих пор случаются даже у специалистов.

— Виктор Феликсович, что является источником шума СДС и насколько близко подошли к решению проблем аэроакустики ученые института?

— Как и для любого воздушного судна, шум сверхзвукового делового самолета в целом будет определяться шумом двигателей (в частности, его вентилятора и струи), шумом взаимодействия, а на режиме посадки еще и шумом обтекания элементов планера, таких как крылья, фюзеляж, элементы механизации и т.д. Следует сразу сказать, что рассматриваемая в ЦАГИ интегральная компоновка обладает бесспорными преимуществами с точки зрения снижения шума вентилятора. Так, силовая установка имеет очень длинные воздухозаборник и наружный контур. Это позволяет располагать на большой площади звукопоглощающие конструкции. Дополнительное снижение шума вентилятора будет достигаться за счет того, что воздухозаборник расположен над обтекаемыми поверхностями планера и звук будет экранироваться фюзеляжем и крылом.

— Как Вы оцениваете аэроакустические параметры СДС с точки зрения выполнения норм ИКАО?

— Прежде всего, рассмотрим две контрольные точки — взлет и пролет, где доминирует шум струи. Этот шум оценивается специализированными программами, которые достаточно просты и надежны, если речь идет о таком источнике, как одноконтурная высокоскоростная струя.

А вот в третьей контрольной точке — при посадке — определяющими являются планер и частично вентилятор двигателя. В мире нет пока достаточно надежных расчетных методов шума обтекания элементов планера, поэтому оценить шум самолета через эти источники сложно. Для получения в том числе таких оценок строятся дорогостоящие акустические камеры, позволяющие не только оценивать шум, но и рассматривать различные мероприятия с точки зрения снижения шума планера. Можно использовать и результаты летного эксперимента, которые позволяют, правда задним числом, сказать, что доминирует в шуме того или иного самолета на посадке: шасси, закрылок или все крыло, предкрылок, взаимодействие следа от шасси с планером и т.д. Однако для оценки шума СДС на посадке можно подобрать соответствующее значение, используя дозвуковой самолет-аналог с близкой взлетной массой из специальной базы данных ИКАО, в которой присутствуют сертификационные показатели для всех воздушных судов. Вряд ли шум на посадке будет у СДС ниже. Таким образом, в трех контрольных точках можно достаточно надежно и весьма просто оценить снизу шум самолета и сравнить полученные значения с нормами ИКАО.

— Международные нормы постоянно ужесточаются. Существует мнение, что СДС легко сможет удовлетворить условиям, которые ИКАО будет диктовать в будущем. Так ли это?

— Проведенные оценки показывают, что нам предстоит много работы над решением задач, поставленных мировым сообществом.

Некоторые ученые возлагают надежды на экзотические формы секционированного сопла с приспособлениями для обеспечения экранирования. Но это в действительности вряд ли приведет к существенному снижению шума и даже, наоборот, может его увеличить.

В заглушенной акустической камере ЦАГИ мы получили обширные экспериментальные данные по шуму различных струй. На их основе было определено, что высокоскоростные свободные струи, истекающие из прямоугольных или секционированных сопел, обычно не дают преимущества при оценке воспринимаемого шума по сравнению с эквивалентными по тяге круглыми струями. Эти исследования находят подтверждение в работах NASA, о которых было доложено на прошедшей в июне аэроакустической конференции AIAA. При наличии экрана и приближении струи к его кромке наблюдается значимое широкополосное усиление шума на низких частотах с характерным его снижением на высоких. Этот эффект имеет ту же природу, что и механизм усиления шума при взаимодействии струи с отклоненными закрылками. Однако в случае прямоугольного сечения струи он может проявляться более сильно, поскольку большая часть сдвигового слоя взаимодействует с кромкой. Таким образом, вопрос об экранировании шума струй при близко расположенном экране остается достаточно спорным, поскольку проявляются противоположные тенденции, и, пожалуй, только хороший эксперимент может помочь оценить результат для того или иного самолета.

— Получается, что экранирование не защитит от сильного шума. Как тогда его можно снизить?

— Для этого необходимо продолжить поиск приемлемых решений. Ученым хорошо известно, что акустическая мощность струи пропорциональна относительной скорости ее истечения в восьмой степени, поэтому даже незначительное ее уменьшение может помочь решить проблему шума. Только существенно снизив эту скорость, можно попробовать использовать и новые решения. Так, например, шевроны или гофры будут очень эффективны вблизи экрана. При превышении определенного порога скорости истечения никакие средства шумоглушения, включая экранирование, секционирование и прочее, не помогут в нашем вопросе.

— Проблема снижения шума СДС активно обсуждалась в ходе семинара Ученого совета института. Чем завершилась эта дискуссия?

— Всем понятно, что мы должны обеспечить соответствие самолета перспективным нормам ИКАО по шуму на местности, так как в противном случае он не будет допущен к эксплуатации в других государствах. Проведенные оценки показали, что в настоящей конфигурации СДС будет удовлетворять только устаревшим нормам, да и то с оговорками. Для обеспечения перспективных требований, которые для дозвуковых самолетов вступают в силу в 2017 году, необходимо в любом случае значительно снизить скорость истечения струи двигателя на режимах взлета и набора высоты и еще более снизить шум вентилятора. Эти условия должны дать определенный ориентир в направлении дальнейшей работы, которую, на мой взгляд, надо вести, опираясь как на классические результаты, так и на последние достижения в исследованиях по аэроакустике.


Вернуться к списку

Яндекс.Метрика