Бесшумный самолет
Может ли сверхзвуковой самолет быть бесшумным?
В 1999 г. американский специалист по аэродинамике Леонард Грин запатентовал конструкцию бесшумного сверхзвукового самолета. Эта новость произвела среди специалистов эффект разорвавшейся бомбы. Инженеры издавна борются с шумом. Это только в XV—XVII вв. большой шум и даже грохот, производимый машиной, ассоциировался с ее мощностью.; Ныне любой двигатель, машину, летательный аппарат специалисты стараются сделать как можно более малошумным, затрачивая на конструирование и производство всевозможных глушителей немало труда.
Новый же лайнер, предлагаемый Леонардом Грином, не создавая шума, подобного грохоту «Конкорда», будет способен за 90 мин пересечь всю территорию США со скоростью, втрое превышающей скорость распространения звука в воздухе. Такие самолеты, полагает Грин, быстро вытеснят обычные авиалайнеры с дальних трасс, поскольку намного сократят продолжительность полетов. Однако изобретатель пока и словом не обмолвился о том, каким же образом ему удалось справиться со своей задачей.
А как уменьшить шум реактивного двигателя?
Шум авиационных реактивных двигателей уменьшают прежде всего за счет их многоконтурности. Вместо одного компрессора — самого шумного агрегата — в турбореактивном двигателе ставят несколько. Причем режимы их работы подбирают так, чтобы шумы от механизмов в какой-то мере компенсировали, а не усиливали друг друга. Оказывается, может быть в технике и такое — шум подавляет шум.
Существуют и так называемые активные системы шумоподавления. Их суть можно объяснить следующим образом. На выходе работающего и, соответственно, шумящего агрегата ставят микрофон. Записанные им шумы подвергают специальной обработке. Весь спектр разлагается на синусоидальные составляющие, каждая из которых затем сдвигается с таким расчетом, чтобы при наложении на составляющие исходного шума «горб» каждой налагаемой кривой оказывался на месте «провала» исходной. Соглаоно законам физики при этом должны происходить интерференция акустических волн и их взаимное погашение. Так гласит теория. Однако на практике достаточно чуть-чуть ошибиться с наложением, и шумы, вместо того чтобы гасить друг друга, лишь усилят общую какофонию. До сих пор никому не удалось разработать столь точно и быстро действующие анализаторы, которые были бы способны производить точное наложение синусоидальных составляющих друг на друга. Так что даже частичное подавление шумов взаимным влиянием уже можно считать достижением.
В основном же авиационным конструкторам приходится пока обходиться традиционными средствами шумоглушения. Они ставят на диффузоре и сопле двигателя глушители, используют шумо- и вибропоглощающие прокладки и покрытия моторных гондол. Однако за это приходится расплачиваться суммарным уменьшением тяги. Так что если даже предположить, будто Леонарду Грину действительно удалось сконструировать глушитель, на 100 % снимающий шум, это всего лишь означало бы, что и тяга такого двигателя равна практически нулю! А кому он такой нужен?
В чем же тогда состоит секрет бесшумного самолета?
Для специалистов по аэродинамике бесшумный авиалайнер — не новость. Теоретики уже давно показали принципиальную возможность его существования. Для этого надо всего лишь сгладить скачок уплотнения, не дать ему оторваться от корпуса самолета. Физическая картина этого явления выглядит так. Всякое быстро летящее тело испускает звук. Свистят пули и снаряды, свистит камень, выпущенный из пращи... Причина тому — акустические волны или микроскопические уплотнения воздуха, которые производит быстро движущееся тело. В своем устремлении вперед оно как бы расталкивает молекулы воздуха, и те неохотно поддаются, расходясь в стороны, подобно «усам» от быстро идущей по воде лодки.
Всякое акустическое уплотнение распространяется в атмосфере со скоростью звука. И пока тело летит с дозвуковой скоростью, вызываемые им возмущения воздушной среды обгоняют его, постепенно рассеиваясь в атмосфере. Но вот скорость объекта повысилась, он догнал звук. В этот момент все мелкие уплотнения сливаются воедино, в монолитный фронт — они уж не успевают убежать от источника возмущения и рассеяться. Такой фронт (стена сдавленного воздуха) и получил название скачка уплотнения.
Всякая попытка пробить эту стену, перескочить звуковой барьер, как правило, сопровождается жутким грохотом. Ударная волна обрушивается на землю с такой силой, что при преодолении самолетом звукового барьера на низкой высоте с домов сносит крыши, а людей сшибает с ног. При дальнейшем увеличении скорости самолет обгоняет звук и может промчаться над головой подобно беззвучному привидению. Но это всего лишь значит, что гром обрушится на вас несколькими мгновениями позднее.
И все-таки ударную волну в принципе можно укротить. Для этого надо подобрать самолету такие аэродинамические формы, чтобы он протыкал звуковой барьер с такой же легкостью, с какой иголка проходит сквозь тонкую ткань. Причем портняжная аналогия тут более глубока, чем может показаться на первый взгляд. Обратите внимание, многие сверхзвуковые самолеты имеют игольчатые носы и острые кромки оттянутых назад крыльев. Так им Легче «протыкать» звуковой барьер. Но опытная ; швея знает: на шитье определенной ткани швейную машину нужно настраивать - иначе будет мука, а не работа. «Настроить» на определенный режим полета самолет сложнее, но все-таки возможно - При этом звуковой конус становится пологим, скачок уплотнения не будет таким резким, а значит, и громким. Однако акустика — вещь тонкая. Скажем, скрипач перед каждым выступлением вынужден заново настраивать свой инструмент, приспосабливая его, кроме всего прочего, и к характеристикам данного зала, к конкретным атмосферным условиям.
А как «настроить» самолет?
Изменяемая геометрия крыла, перестраиваемые воздухозаборники нерегулируемые сопла, лишь часть решения проблемы. Сочетание акустики с аэродинамикой, по мнению профессионалов, настолько капризно, что Леонард Грин мог добиться беззвучности, точнее малошумности, лишь при каком-то строго определенном режиме полета. И то, насколько удачно его решение, покажет конкретная конструкторская практика.
Постоянная ссылка на страницу: http://pochemy.net/?n=586
Случайная статья
