Введение

Сокращение шума, создаваемого вертолетами

Снижение уровня шума, производимого вертолетами, является областью исследований, направленных на разработку более тихих вертолетов, что позволяет уменьшить негативное общественное восприятие ночных полетов или расширения аэропортов. Кроме того, это важно для военных целей, где требуется скрытность: распространение шума вертолета на большие расстояния может предупредить противника о приближении, дав ему время на перегруппировку сил обороны (см. акустическую сигнатуру).

Толщиновой шум

Толщинный шум зависит только от формы и движения лопасти и может рассматриваться как результат вытеснения воздуха вращающимися лопастями. Он преимущественно направлен в плоскости вращения ротора.

Шум загрузки

Шум нагрузки — это неблагоприятный аэродинамический эффект, возникающий из-за ускорения распределения сил в воздушном потоке вокруг лопасти ротора при её прохождении через него, и направленный преимущественно вниз от ротора. В общем случае, шум нагрузки может включать в себя множество видов нагружения лопастей: некоторые специфические источники шума нагрузки выделяются отдельно. Изменения движения профиля лопасти относительно наблюдателя при вращении постоянно нагруженного винта, обычно именуемые шумом нагрузки. Этот источник, как правило, преобладает при низкой скорости вращения лопасти.

Шум от взаимодействия лопасти и вихря

Взаимодействие вихря с лопастью (BVI) возникает, когда лопасть ротора проходит в непосредственной близости от сброшенных концевых вихрей предыдущей лопасти. Это вызывает резкое, импульсивное изменение нагрузки на лопасть, приводящее к генерации высоконаправленного импульсного шума. Шум BVI может возникать как на набегающей, так и на отступающей стороне диска ротора, и его направленность характеризуется точной ориентацией взаимодействия. В общем случае, шум, возникающий на набегающей стороне, направлен вниз и вперед, а шум, возникающий на отступающей стороне, – вниз и назад. Показано, что основными параметрами, определяющими интенсивность BVI, являются расстояние между лопастью и вихрем, сила вихря в момент взаимодействия, а также степень параллельности или наклонности взаимодействия.

Широкополосный шум

Другая форма шума, широкополосный шум, состоит из различных случайных источников шума. Попадание турбулентности во входное устройство ротора, вихревая структура, сходящая с ротора, и самовозбуждение лопастей – каждый из этих факторов является источником широкополосного шума.

Импульсный шум на высоких скоростях (HSI)

Шум HSI возникает из-за образования скачков уплотнения в трансзвуковом потоке на лопасти ротора, движущейся вперед, и отличается от шума, создаваемого нагрузкой. Источником шума HSI является объем потока воздуха вокруг набегающей кромки лопасти, поэтому его нельзя зафиксировать, изучая только акустические источники на поверхности лопасти. Шум HSI обычно направлен в плоскости ротора в передней части вертолета, подобно шуму толщины.

Шум хвостового ротора

В то время как большая часть шума от вертолета создается главным ротором, хвостовой ротор является существенным источником шума для наблюдателей, находящихся относительно близко к вертолету, поскольку высокочастотный шум хвостового ротора еще не успел ослабнуть в атмосфере. Шум хвостового ротора особенно неприятен для человеческого слуха из-за его более высокой частоты (по сравнению с основным ротором), попадающей в диапазон максимальной чувствительности человеческого уха.

Методы снижения шума

Почти все двигатели вертолетов расположены над фюзеляжем, что направляет большую часть шума двигателя вверх. Кроме того, с появлением турбинных двигателей шум от двигателя играет значительно меньшую роль, чем раньше. Большинство исследований в настоящее время направлено на снижение шума от основного и хвостового роторов. Хвостовой ротор, утопленный в обтекателе хвостовой балки (фенестрон), снижает уровень шума непосредственно под вертолетом, что особенно полезно в городских районах. Кроме того, этот тип ротора обычно имеет от 8 до 12 лопастей (по сравнению с 2 или 4 лопастями на обычном хвостовом роторе), что увеличивает частоту шума и, следовательно, его затухание в атмосфере. Размещение хвостового ротора внутри обтекателя также может предотвратить образование концевых вихрей. В целом, этот тип ротора значительно тише своего традиционного аналога, однако за это приходится платить существенным увеличением веса вертолета и нагрузки на хвостовую балку. Например, такая конструкция используется в Eurocopter EC 135. Для небольших вертолетов может быть целесообразно применение системы NOTAR (от NO TAil Rotor). В этом методе управления рысканием воздух выдувается из отверстий вдоль хвостовой балки, создавая тягу за счет эффекта Коанда. Некоторые разработки направлены на снижение шума самого ротора; например, военный вертолет Comanche использовал множество технологий малозаметности, включая попытки снизить шум ротора. Одним из возможных способов уменьшения шума ротора вертолета является "модулированное расстояние между лопастями". Стандартные лопасти ротора расположены равномерно и создают повышенный шум на определенной частоте и ее гармониках. Изменяя расстояние между лопастями, можно распределить шум или акустическую сигнатуру ротора по более широкому диапазону частот.