Армия США использует технологии eVTOL для создания бесшумных вертолетов

Армия США работает над тем, чтобы лучше понять акустические свойства дронов eVTOL в рамках усилий по разработке более тихих и малозаметных вертолетов. У вертолетов много преимуществ, но один из наиболее очевидных недостатков - это громкий шум, который они издают при полете. Это вызвано так называемым взаимодействием лопастей и ветра, когда лопасть ротора врезается в вихрь, образованный ведущей лопастью.

Как уменьшить шум от роторов?

Хоть это и может звучать просто, но аэродинамика, связанная с наличием ряда длинных, тонких и гибких лопастей, вращающихся на высокой скорости в непосредственной близости друг от друга, невероятно сложна. Командование развития боевых возможностей армии США (DEVCOM) и Армейская исследовательская лаборатория в сотрудничестве с Uber и Техасским университетом в Остине изучают акустические системы eVTOL, в которых используется несколько небольших распределенных роторов, в надежде создать почти бесшумный вертолет для ведения боевых действий.

Основная идея заключается в том, что меньшие роторы имеют иные звуковые сигнатуры, чем обычные, потому что звуки создаются разными физическими механизмами. Шум обычного ротора возникает из-за его толщины, когда воздух вытесняется ими, и шума нагрузки из-за силы сопротивления воздуха.

В совокупности это все создаёт так называемый тональный шум. Между тем, роторы меньшего размера, как на eVTOL, имеют тенденцию создавать шум из-за турбулентности, из-за чего возникает широкополосный шум. По словам исследователей, он очень отличается от тонального шума, хотя порой может даже превосходить его.

Исследования и тесты роторов

Исследование включало полевые испытания с использованием ряда конфигураций ротора на испытательном стенде с электродвигателями, а также использование компьютерных моделей. Для испытаний стенды были подключены к девяти микрофонам, и шум был записан для сравнения с моделями, которые были запущены с использованием двух программ - системы комплексного анализа Rotorcraft (RCAS) и PSU-WOPWOP.

«RCAS вычисляет аэродинамическую нагрузку на лопасти, а также изгиб и положение лопастей», - говорит доктор Джордж Якобеллис, инженер-исследователь армии в лаборатории Управления транспортных технологий . «Эта информация необходима для использования в качестве входных данных для PSU-WOPWOP, который вычисляет шум, создаваемый ротором. Соединение двух программ потребовало проделывания значительного объема работы, с чем наша группа не без сложностей, но справилась».

О коаксиальных роторах

Наряду с изучением акустики роторов eVTOL, команда также рассмотрела коаксиальные роторы, вращающиеся в одном направлении, называемые ещё многослойными. Как следует из названия, лопасти ротора не находятся в одной плоскости, а установлены на разной высоте. Команда обнаружила, что лопасти ротора, расположенные на одинаковом расстоянии друг от друга, производят самый низкий уровень шума, по сравнению с обычным ротором.

«Я думаю, что использование многослойных роторов может быть полезно для приложений eVTOL», - говорит Якобеллис. «Дополнительная степень свободы конструкции позволит повысить эффективность и контролировать акустическую сигнатуру, что было показано в результатах недавнего тестирования. Однако необходимы дополнительные исследования для количественной оценки снижения шума с осевым расстоянием».