در حال بررسی...لاینر صوتی
با توسعه سفرهای هوایی، ضرورت کاهش آلودگی صوتی از اهمیت روزافزونی برخوردار شده‌است. در موتورهای هواپیماهای امروزی بخش قابل‌توجهی از هوای ورودی به موتور، از مسیرهای کنارگذر عبور می‌کند و توسعه روش‌های کاهش آلودگی صوتی تولیدشده در این مسیرها موردتوجه قرار دارد. علاوه بر مواد جاذب صوت، استفاده از لاینر صوتی یکی از روش‌های مرسوم در موتورهای جت هوایی جهت میرا کردن سر و صدای موتور محسوب می‌شود.
این لاینرها روی دیواره‌های داخلی نگه‌دارنده موتور، در دریچه‌های کنارگذر و در بالادست و پایین‌دست روتور (فن) نصب می‌شوند و براساس اصل “تشدید هلمهولتز”، انرژی صوتی القاشده را پیش از انتشار صوت از دهانه ورودی و خروجی موتور، میرا می‌کنند. اصل تشدید هلمهولتز را می‌توان با دمیدن هوا بر دهانه یک حفره یا بطری که سبب ایجاد نوسانات صوتی می‌شود، آشکارسازی کرد.
لاینر صوتی معمولا از چند لایه روی هم تشکیل شده‌است: لایه نخست، یک لایه متخلخل است که در وجه بیرونی لاینر قرار می‌گیرد؛ لایه دوم یک لایه با ساختار لانه‌زنبوری است که فضای داخلی لاینر را ایجاد می‌کند و در نهایت لایه سوم یک لایه نفوذناپذیر است که وجه انتهایی لاینر را تشکیل می‌دهد. در شکل ۱، نمایی از یک لاینر به صورت یکجا و لایه به لایه نشان داده شده‌است.
” بخوانید: فناوری ساخت پره توربین موتورهای هوایی “
شکل ۱: نمای شماتیکی از یک لاینر سرهم (A) و لایه‌های سه‌گانه آن (B, C, D)
ساختار لاینرهای صوتی
نیمه پایینی لاینر صوتی حاوی شکاف‌هایی برای تخلیه مایع و جلوگیری از تشکیل یخ و یا خطر آتش‌سوزی است. نوع لاینرهای صوتی را می‌توان براساس تعداد لایه‌های لانه‌زنبوری به‌کاررفته، تشخیص داد. در لاینرهای یک درجه آزادی، ساختار لاینر از سه لایه تشکیل شده در حالی که لاینرهای دو درجه آزادی، از دو لاینر چسبیده به هم ساخته می‌شوند که بین آن‌ها یک لایه متخلخل قرار دارد.
لایه‌های متخلخل از صفحات سوراخ‌کاری‌شده، شبکه‌های سیمی و یا فیبرهای فلزی بافت‌شده، ساخته می‌شوند. ساختارهای لانه‌زنبوری از جنس آلومینیوم یا فایبرگلس ساخته می‌شوند و سلول‌های آن به اندازه کافی کوچک انتخاب می‌شود که تمام فرکانس‌های صوتی موردنظر را شامل شود.
صفحه بالا و پایین لاینرمعمولا از جنس فلز یا فیبر کربن ساخته می‌شود. برای ساخت لاینرهای استوانه‌ای، معمولا اجزا لاینر را طوری جداگانه به هم اتصال می‌دهند که این کار باعث هدر رفتن بخشی از فضاهای جاذب صوت در لانر می‌شود. فناوری پیشرو در ساخت لاینرها امکان از بین بردن این فضاها را فراهم ساخته‌است. به عنوان مثال، در میان هواپیماهای شرکت ایرباس، تعداد این فضاهای خالی از سه فضا با ابعاد ۱۵ سانتی‌متر در هواپیمای A320 به صفر در هواپیمای A380 تقلیل یافته‌است. همچنین، محل‌های مرسوم برای نصب لاینرها در موتورهای جت بطور شماتیکی در شکل ۲ نشان داده شده‌است.
شکل ۲: انواع لاینر و محل حدودی قرارگیری آن در موتور جت
بررسی عملکرد لاینرها
از سوی دیگر، عملکرد لاینرها در کاهش انتشار نویز با استفاده از مدل‌سازی و تست‌های تجربی قابل بررسی است. تست‌های زمینی معمولا روی موتورهایی با ابعاد واقعی انجام می‌شود. در هر دو روش مدل‌سازی و تست تجربی تاثیر لاینر روی کاهش امواج صوتی در مرز دوردست اندازه‌گیری می‌شود. نتایج این بررسی‌ها در مقالات علمی مختلف منتشر شده‌است. در اینجا به عنوان نمونه، یکی از این نتایج که حاصل مقایسه لاینر صوتی یک و چند درجه آزادی در جهت کاهش صدا می‌باشد، ارائه شده‌است. همانطور که در نمودار شکل ۳ دیده می‌شود، لاینر چند درجه آزادی قادر است تا در برخی محدوده‌های فرکانسی تا حداکثر ۵ دسی‌بل شدت صدای موتور را کاهش دهد.
شکل ۳: مقایسه تاثیر لاینر یک و چند درجه آزادی در کاهش صدای موتور
منابع:
[۱] Nark and Jones, “An acoustic liner design methodology based on a statistical source model”, International Journal of Aeroacoustics, 0(0) 1–۱۷ (۲۰۲۱).
[۲] Azimi, Ommi and Alashti, “Using Acoustic Liner for Fan Noise Reduction in Modern Turbofan Engines”, International Journal of Aeronautical & Space Sci, 15(1), 97–۱۰۱ (۲۰۱۴).
