В ПНИПУ создали прибор, контролирующий шум самолета без разборки двигателей

Первый в России портативный измеритель шума, позволяющий оценивать износ шумопоглощающих панелей в двигателе без их демонтажа, разработали ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ), 22 октября сообщает пресс-служба вуза. Портативный интерферометр, созданный учеными ПНИПУ, в 6 раз легче аналогов, но при этом имеет на 66% большую рабочую площадь. Результаты его исследования разработчики представили в статье «О возможности низкочастотных измерений в интерферометре при высоких уровнях звукового давления», опубликованной в сборнике материалов Всероссийской конференции «Акустика среды обитания». Исследование проводилось в рамках проекта РНФ № 24-72-00037 «Развитие методов регулирования и определения акустических характеристик низкочастотных звукопоглощающих конструкций при воздействии на них волн с высоким уровнем звукового давления». Сильный шум самолетов наносит вред здоровью пассажиров и особенно экипажей, которые регулярно подвергаются этому звуковому воздействию, что является серьезным профессиональным риском. Шум вызывает хроническую усталость, психоэмоциональное напряжение и может приводить к необратимому ухудшению слуха, в долгосрочной перспективе создавая прямую угрозу здоровью. Не легче приходится людям, которые проживают вблизи крупных аэропортов, принимающих и отправляющих в рейс большое количество самолетов. Шум двигателей заглушает разговоры на улицах, мешает работе и учебе, прерывает сон, служит для жителей источником постоянной нервной нагрузки. Чтобы снизить уровень шума авиационных двигателей, внутри них устанавливают специальные акустические устройства, выполняющие функцию «глушителей» — шумопоглощающие панели. Однако со временем они забиваются пылью и сажей, а также разрушаются от эрозионных процессов, вибрации и перестают выполнять свои функции. Международная организация гражданской авиации (ИКАО), начиная с 2006 года, постоянно ужесточает нормативы допустимого шума от двигателей самолетов, а к 2029 году будут вводиться более жесткие международные нормативы по допустимому уровню шума от них. Это требует от авиакомпаний постоянного контроля состояния шумопоглощающих панелей в двигателях. Существующие в настоящее время стационарные интерферометры для анализа акустических свойств панелей требуют их демонтажа, так как эти панели располагаются внутри корпуса двигателя, на внутренней поверхности в зоне вентилятора и компрессора. В эту зону невозможно получить доступ без специального оборудования. Кроме того, сами панели имеют крупные габариты, размером с лист формата А0 и более. Такой измеритель шума работает по принципу анализа отраженной звуковой волны. Конструктивно он представляет собой тяжелую акустическую трубу, длина которой может достигать до 6 м и более, с расположенными вдоль нее высокочувствительными микрофонами. В трубу помещается исследуемая панель и создается звуковое поле, а микрофоны измеряют, насколько эффективно ее материал поглощает акустическую энергию. Портативные аналоги с малым диаметром датчика (30 мм) не годятся для контроля крупных деталей. Всё это создает сложность проверок шумопоглощающих панелей, часто приводит к их отсрочкам, так что, в конце концов, становится невозможно продолжать эксплуатацию двигателей. Созданное учеными Пермского Политеха уникальное оборудование для контроля шума авиадвигателей стало первым в России портативным акустическим интерферометром. Его можно сравнить со «стетоскопом», который «прослушивает» звукопоглощающий материал подобно врачу, слушающему легкие пациента. При этом проверка эффективности шумопоглощения выполняется прямо на месте, не требуя разборки двигателя. Разработанное политехниками устройство превосходит по ключевым параметрам существующие аналоги. Так, вес трубы с внутренним диаметром 50 мм без динамика составляет всего 0,65 кг, а его аналог с диаметром трубы 30 мм весит 4,20 кг. То есть прибор ученых ПНИПУ в шесть раз легче, а его рабочая площадь на 66% больше. Также обычный портативный интерферометр может за один замер проанализировать лишь небольшой участок материала, меньший по размеру, чем спичечный коробок. Для авиадвигателей критически важны данные о звукопоглощении при экстремально громком звуке — до 160–175 дБ, но создать такие условия для крупного образца в лаборатории практически невозможно, а существующий портативный аналог с диаметром 100 мм имеет узкий диапазон анализа по частоте — до 1800 Гц. Тогда как портативный измеритель пермских ученых полностью снимает эти проблемы. Он представляет собой компактный и легкий аппарат, состоящий из короткой трубки с двумя высокоточными микрофонами, мощным «динамиком» и мини-компьютером, обрабатывающим полученные данные. Для проведения измерений нужно только поднести прибор к поверхности и провести контроль прямо на месте. Продуманная конструкция позволяет ему работать с панелями любого размера — от маленьких лабораторных образцов до больших секций внутри настоящего авиадвигателя. Работоспособность устройства сохраняется при высоких уровнях звукового давления — до 160 дБ, позволяя выполнять диагностику в условиях, максимально приближенных к реальным эксплуатационным. Ведущий научный сотрудник Лаборатории механизмов генерации шума и модального анализа ЦАИ ПНИПУ Олег Кустов рассказал о результатах проделанной коллективом работы: «Нами разработано универсальное решение для экспресс-оценки акустических свойств материалов — от авиадвигателей до архитектурных объектов. Главным достижением стало то, что нам удалось реализовать портативное устройство, которое при этом работает в требуемом частотном диапазоне и на высоких уровнях звукового давления». Ученый добавил, что изготовленный ими прототип был успешно испытан на экспериментальных образцах звукопоглощающих пластин. В планах у разработчиков уже в этом году получить патент на технологию изготовления устройства, а потом заняться оптимизацией его массогабаритных характеристик. Портативный измеритель акустических свойств материалов, разработанный учеными ПНИПУ, даст авиакомпаниям возможность оперативно, в режиме реального времени контролировать эффективность шумопоглощающих элементов двигателей и своевременно производить замену изношенных компонентов, что позволит им соблюдать международные стандарты. glavno.smi.today