Летит и гудит: как сделать самолеты тише

Я стою в полубезэховой камере Саутгемптонского университета, стены которой сконструированы так, чтобы поглощать звук. Вокруг - полумрак и жуткая тишина, и я начинаю чувствовать себя как в фильме "Звездные врата".

Но если присмотреться внимательнее, замечаешь, что серебристый полукруг в задней части комнаты - это не портал, ведущий к другим планетам, а микрофонная установка. Оборудование, которое на нее нацелено - не телепорт, а турбина, испускающая поток воздуха под чрезвычайно высоким давлением.


Компьютеры в соседнем офисе создают трехмерную модель звуковых шумов, записанных внутри камеры.

Этот объект стоимостью в полмиллиона фунтов - часть лабораторного комплекса, построенного университетским Институтом звука и вибрации (ISVR). Его сотрудники ищут способ, как сделать самолеты тише.

Безэховая камера была создана, когда компания Rolls-Royce попросила ученых исследовать шум от одного из клапанов конкретного турбовентиляторного двигателя, объясняет профессор Джереми Эстли, директор ISVR.

Роль этого клапана - отводить раскаленный воздух.

"Раньше в двигателях были и другие источники шума, из-за чего этого даже не замечали, - рассказывает Эстли. - Борьба с шумом такова: устраняешь один источник - появляются другие. Мы не знали, сколько шума генерирует именно этот клапан, поэтому смастерили модель, чтобы это проверить".

Вывод - шума от клапана все же "много".

"Но мы выяснили, что его легко свести к минимуму - с помощью перфорированных пластин", - говорят исследователи.

Ученые сейчас постоянно используют безэховую камеру в исследовательских и учебных целях. А двигатель, о котором шла речь, благодаря ей стал тише, и для профессора Эстли - это положительный пример сотрудничества ученых и бизнеса.

"Приятно осознавать, что ты делаешь полезное дело, - говорит он. - Если бы наш труд был не нужен людям, нас никто бы не финансировал".


Давление со стороны общественности


Современные реактивные двигатели создают шум интенсивностью в 160 децибел. И хотя это на 30 децибел меньше, чем было на рассвете коммерческих полетов, это все еще слишком много. Для сравнения - на рок-концерте шум не превышает 115 децибел. Особенно хорошо слышен рев турбин при взлете и посадке - это вам подтвердит каждый, кто когда-либо жил по соседству с аэропортом.

В августе прошлого года более 1800 граждан официально пожаловались на шум от аэропорта Хитроу. Год назад таких было только 400. Но авиационные компании стремятся сделать самолеты тише не только из-за жалоб - так они пытаются сохранить за собой коммерчески успешные слоты.

"В лондонских аэропортах более шумные самолеты получают меньше слотов, - рассказывает профессор Эстли. – Самый шумный Boeing 747 - лучшая машина, которая была у нас 35 лет назад".

По словам профессора, шум - "единственная существенная экологическая преграда" для дальнейшей экспансии авиаперевозок. Даже выбросы СО2 не представляют такой проблемы.

Тупик

Загвоздка в том, что имеющиеся технологии шумоизоляции зашли в тупик.

С 1970-х годов на коммерческих самолетах используются достаточно простые резонансные звукопоглотители - маленькие легкие сотовые решетки, состоящие из миллионов крошечных полостей.

"Если поставить больше поглотителей - двигатели станут тише, - говорит профессор Эстли. - Но при этом возрастут масса самолета и сопротивление воздуха, а следовательно - расход топлива. Поэтому инженерам приходится балансировать".

Разработчики попытались применить другой подход - увеличить двигатели, поскольку вентиляторы и турбины большего размера и с боле медленной скоростью генерируют более низкий, приятный звук. Но тогда остается мало места для звукопоглотителей, которые для низких частот должны быть еще и толще.

Существует и другая дилемма.

"Большие двигатели просто не поместятся под самолетом, - говорит профессор Эстли. - Мы дошли до той точки, когда увеличивать двигатели без изменения конструкции самолета нельзя".


Назад в будущее

Возможно, выход - в возрождении радикальной идеи 30-летней давности.

Двигатели с открытым ротором, как можно понять из названия, выносятся наружу корпуса самолета.

По иронии судьбы, в 1980-х от этой идеи отказались, потому что эти двигатели считались слишком шумными. Но профессор Эстли говорит, что тогдашние разработки просто были слишком "примитивными".

Один из способов снизить шум в двигателях закрытого типа - это повысить так называемую степень двухконтурности, то есть сделать так, чтобы двигатель обтекало больше воздуха, чем проходит через него.


А в открытом двигателе степень двухконтурности, по словам профессора, направляется к "бесконечности".

Еще одно преимущество этого двигателя - он потребляет меньше топлива, чем современные модели: экономия может составлять до 30%. Однако для этого, опять же, придется полностью изменить конструкцию самолета.

"Эти двигатели изменили и внешний вид, и звук самолетов, - говорит профессор Эстли. - Не только высота, но и качество шума стало бы другим".

Но эти изменения вряд ли произойдут быстро. "Мы уже прошли 90% пути. Возможно, этими двигателями будет оборудовано следующее поколение однопроходных самолетов - лет так через десять".

Шумоизоляционные окна

Южнокорейские исследователи сейчас работают над, казалось бы, невероятной идеей: окном, которое пропускает воздух и радикально снижает уровень шума.

Сан Хон Ким из Национального морского университета в Мокпхо и Сон Хюн Ли из Корейского института техники и материалов, разработали резонансную акриловую камеру, похожую на двойное стекло, которая ослабляет звуки определенных частот.

Этот эффект создается благодаря небольшим отверстиям, просверленным в акриле.

Исследователи говорят, что их конструкция настолько проста, что ее может изготовить обычный плотник. С ее помощью люди, живущие у моря, смогут, например, слушать волны, отгородившись от других неприятных звуков.