УДК 004

Инновационные подходы к снижению шума и вибрации в авиации через оптимизацию аэродинамической формы лопастей

Киргизбаев Мансур Алишерович – студент факультета Лётной эксплуатации Санкт-Петербургского государственного университета гражданской авиации им. А.А. Новикова

Колесников Василий Николаевич – студент факультета Лётной эксплуатации Санкт-Петербургского государственного университета гражданской авиации им. А.А. Новикова

Аннотация: В данной научной работе рассматриваются технологии снижения шума и вибрации в вертолётной индустрии. Основной акцент делается на решении проблем с обтеканием воздушного потока и аэродинамической оптимизации вертолётов. Исследование включает анализ методов и инновационных подходов, применяемых в вертолётостроении для достижения оптимальных аэродинамических характеристик, с учётом особенностей данного вида воздушных судов.

Ключевые слова: лопасти, вибрации, шум, вертолёт, аэродинамическая форма.

Для снижения индуктивного сопротивления лопасти воздушных судов, предлагается оптимизировать обтекание законцовки. Для этого законцовка лопасти оснащается специально профилированными поверхностями как по хорде, так и по размаху. Профили поверхностей имеют выпуклости, направленные вниз, что позволяет создать отрицательную подъемную силу на конце лопасти при обтекании её потоком. Это приводит к ослаблению концевого вихря и снижению срывных явлений потока в районе законцовки. Помимо этого, наличие зоны с отрицательной подъемной силой на конце лопасти приводит к смещению равнодействующей подъемной силы лопасти к корню лопасти, что способствует снижению изгибающего момента, улучшению прочностных характеристик и повышению грузоподъемности.

Рассмотрим технологию Blue Edge от Airbus Helicopters.

Blue Edge – это усовершенствованная конструкция лопасти несущего винта, характеризующаяся загнутыми законцовками в форме хоккейной клюшки. Это инновационное решение позволяет сократить уровень шума и повысить характеристики вертолёта. Испытания данной конструкции проводились на вертолете Airbus Helicopters EC155. Результаты исследования показывают, что применение Blue Edge снижает шумовые характеристики вертолета, что может иметь важное значение для улучшения комфорта и безопасности пассажиров.

H160 – это первый серийный вертолёт, оснащенный инновационной технологией Blue Edge. Новая конструкция лопастей ротора, представленная на рисунке 1, обладает формой двойной стреловидности, которая эффективно снижает генерацию шума при взаимодействии с вихрями.

Рисунок 1. Лопасть по технологии Blue Edge.

В этом явлении лопасть сталкивается с вихрем, возникающим на её вершине, что обычно приводит к созданию шумовых колебаний. Благодаря внедрению технологии Blue Edge удалось достичь значительного снижения уровня шума, а также увеличить полезную нагрузку на 100 кг по сравнению с масштабированным эквивалентом Eurocopter AS365.

Винтокрыл с пятью композитными лопастями Blue Edge представляет значительный прорыв в снижении шумности вертолетов. С использованием этой технологии удалось снизить уровень шума на 3-4 дБ по сравнению с моделью ЕС155. Разработка данной технологии началась в 2007 году и впервые была внедрена в продукты Airbus.

Кроме того, лопасти Blue Edge обеспечивают улучшение грузоподъемности вертолета на 100 кг по сравнению с обычными композитными лопастями. В данной технологии заменена стандартная втулка несущего винта Starflex на систему со сферическим обтекателем Spheriflex, выполненную из композитных материалов с добавлением термопластичной смолы.

На рисунке 2 наглядно представлена работа системы, демонстрирующая инновационное решение, которое способствует снижению шумности и повышению грузоподъемности вертолетов, сделав их более эффективными и комфортабельными.

Рисунок 2. Сравнение взаимодействия лопастей с воздушным потоком.

Важно также отметить применение технологии Blade Pulse, которая включает использование подвижных щитков на лопастях вертолета. Эта инновационная технология автоматически отслеживает соосность лопастей на всем протяжении полета и значительно снижает уровень вибраций в кабине вертолета, что улучшает комфортность полетов для экипажа и пассажиров.

На рисунках 3-4 представлены визуальные образцы данной технологии, которая играет важную роль в уменьшении воздействия вибраций и повышении стабильности полета.

Рисунок 3. Раздельные секции для управления лопастью.

 

Рисунок 4. Реализация технологии Blade Pulse.

Применение технологии Blade Pulse является значимым шагом в современной вертолетной индустрии, улучшая безопасность и комфорт при выполнении полетных задач.

Аэрокосмическая корпорация Боинг одна из крупнейших производителей в отрасли, подсчитала, что к 2038 году во всем мире будет не хватать 61 000 пилотов вертолетов, включая ожидаемый выход на пенсию, с ежегодным темпом роста в 6,24% в период с 2022 по 2029 год.

Мировой рынок вертолётной индустрии оценивался в 20,36 миллиарда долларов в 2021 году и, по прогнозам, достигнет 39,87 миллиарда долларов к 2031 году, увеличившись в среднем на 7,3% в период с 2022 по 2031 год. На рисунке 5 показан график прогноза увеличения американского рынка вертолётной индустрии.

Рисунок 5. Прогноз рынка США.

По представленным данным можно сделать вывод о непрерывном расширении данной индустрии. Тем не менее, важно учитывать не только рост спроса, но и соответствовать стандартам и требованиям, установленным международными организациями, такими как ИКАО. В свете постоянного ужесточения норм по эмиссии шума, актуализация технологий снижения шумов в вертолетной отрасли становится ещё более важной, обеспечивая согласованность с экологическим стандартами поддерживая устойчивое развитие данного сектора.

Список литературы

1. Патент: RU 56329 U1 – Мантуров Денис Валентинович. – 10.09. 2006.
2. https://slideplayer.com/slide/4420946.
3. https://www.airbus.com/sites/g/files/jlcbta136/files/2021-11/3684-P-00-Rev-0-EN.PDF.
4. https://vpk.name/news/129022_airbus_h160_evolyuciya_ili_revolyuciya.html?utm_campaign=donews&utm_content=do129022&utm_medium=otnews&utm_source=vpkname&utm_term=ot163658.
5. https://worldaviationato.com/en/growth-forecast-in-the-helicopter-sector/.
6. https://www.alliedmarketresearch.com/helicopters-market-A06230.