NASA розробляє програмне забезпечення для зменшення шуму авіаційних двигунів: ключ до тихішого неба

Агенція NASA постійно працює над інноваційними рішеннями, які стосуються не лише космічних досліджень, а й покращення земного життя. Зокрема, в Дослідницькому центрі Гленна (Glenn Research Center) розробляється спеціалізоване програмне забезпечення, призначене для прогнозування та зменшення шуму від авіаційних двигунів. Це програмне забезпечення є важливим інструментом для інженерів, які займаються проєктуванням та аналізом нових, більш ефективних силових установок для літаків, роблячи повітряні подорожі екологічнішими та комфортнішими.

Програмні інструменти для боротьби з авіаційним шумом

Дослідницькі команди NASA в центрі Гленна активно працюють над теорією та програмним забезпеченням для передбачення рівня шуму, який створюють авіаційні двигуни. Це програмне забезпечення допомагає інженерам проєктувати та аналізувати нові та покращені силові установки для літаків. Копії програмного забезпечення можна отримати через Каталог програмного забезпечення NASA.

Розробка кодів для прогнозування шуму реактивного струменя є багатогранним процесом. Оскільки коди, наприклад, JeNo, використовують акустичну аналогію Ліллі та розрахунки середніх потоків з коду Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS), точність акустичних прогнозів залежить від точності аеродинамічних розрахунків. Саме тому моделювання джерел шуму, моделювання турбулентності, а також розробка вдосконалених систем вимірювань є ключовими напрямками досліджень у сфері прогнозування шуму реактивного струменя в NASA Glenn.

Різноманітність програмних рішень для специфічних завдань

NASA пропонує цілий спектр програмних інструментів, кожен з яких розроблений для вирішення певних завдань у галузі акустики авіаційних двигунів:

• JeNo: Прогнозує шум реактивного струменя за допомогою акустичної аналогії Ліллі. Цей код дозволяє отримати відносно швидкі відповіді порівняно з альтернативними методами, такими як Large-Eddy Simulations (LES) або Direct Numerical Simulation (DNS). JeNo вже підтвердив свою ефективність для дозвукових та низьконадзвукових непідігрітих осьосиметричних струменів.
• MGBK: Використовується для прогнозування тенденцій шуму реактивного струменя для складних випускних сопел авіаційних двигунів. Цей код допоміг проаналізувати переваги у зменшенні шуму, які надають шеврони – зубчасті елементи на краю сопел турбовентиляторів, що нині є поширеним елементом на багатьох комерційних авіаційних двигунах.
• V072: Базується на спрощених моделях потоку вентилятора та геометрії, що робить його корисним для вивчення шуму від взаємодії ротора та статора. Він допомагає приймати обґрунтовані рішення щодо таких важливих параметрів дизайну, як кількість лопатей та лопаток, відстань між ротором і статором, а також кут нахилу та вигин лопаток статора.
• TFaNS: Піднімає прогнозування шуму від взаємодії ротора та статора на новий рівень, враховуючи акустичне зв’язування між лопатевими рядами та його поширення до далекої зони. Як і V072, TFaNS працює швидко і може використовуватися на ранніх етапах проєктування для аналізу тенденцій.
• Linflux: Дозволяє досліджувати реалістичні, тривимірні потоки та геометрії лопаток. Порівняно з V072 та TFaNS, Linflux потребує значно більше обчислювальних ресурсів, оскільки моделює набагато більше фізичних явищ.
• BFANS: Розраховує широкосмуговий шум, спричинений турбулентністю, що взаємодіє з передніми краями лопаток ротора та лопаток статора.
• RSI: Обчислює спектр широкосмугового шуму, що виникає внаслідок взаємодії турбулентності потоку за ротором вентилятора з напрямними лопатками після нього.
• WOBBLE: Розраховує тональний шум, пов’язаний з гвинтами, що мають змінний кут набігу потоку, та передбачає осьову та окружну спрямованість.
• MPT: Дозволяє оцінити багаторазовий тон (так званий «дзижчачий пил») шум, який виникає від синхронізованих ударних хвиль, що присутні, коли швидкість кінчиків лопатей вентилятора перевищує швидкість звуку.
• ADPAC: Розроблений компанією Allison Engine Company, він вирішує складні внутрішні/зовнішні потоки для майбутніх короткоканальних турбовентиляторних двигунів. ADPAC є одним із гнучких та перевірених інструментів обчислювальної гідродинаміки (CFD) NASA.

Завдяки таким розробкам NASA робить значний внесок у створення більш екологічного та тихого повітряного транспорту, що позитивно вплине на якість життя людей по всьому світу.

Джерело: NASA