در حال بررسی...کاهش صدای موتور هواپیما
نویز موتورهای توربوفن قدیمی‌تر، نسبت به نویز نمونه‌های امروزی بسیار بیشتر بود. مرکز تحقیقات گلن ناسا بیش از ۷۰ سال، سابقه فعالیت در زمینه کاهش نویز موتورهای هوایی دارد. در طول این مدت، این مرکز، مجموعه‌ای از تاسیسات آزمایشی را با هدف عملی‌ساختن این چشم‌انداز بنا کرده‌است. تلاش این مرکز با تاسیس آزمایشگاه آیروآکوستیک پیشرانش (AAPL)، یک مرکز تحقیقاتی کاهش نویز در سطح جهانی، به اوج خود رسید.
” بخوانید: تاسیسات مرکز گلن ناسا برای ارزیابی آیروآکوستیک “
این آزمایشگاه که به آن گنبد نیز گفته می‌شود، حاوی چندین تست ریگ است که در یک محفظه بزرگ و بدون پژواک محصور شده‌اند. ساختار نیمکره‌ای منحصر به فرد آزمایشگاه مذکور، با قطر ۴۰ متر و ارتفاع ۲۰ متر، در محوطه مرکز گلن قابل‌توجه است. بخش‌های مثلثی آن باعث می‌شود که مانند یک توپ گلف به نظر برسد که از زمین بلند شده‌است. فضای داخلی با عایق‌های صوتی به شکل گوه از جنس فایبرگلاس و مجموعه‌ای از میکروفون‌ها روی سقف پوشیده شده که داده‌های نویز موتور را ثبت می‌کند.
حوزه سامانه‌های پیشرانش جت، سنگ بنای مجموعه گلن ناسا از زمان تاسیس این مرکز به‌عنوان آزمایشگاه کمیته ملی مشاوره هوانوردی در اوایل دهه ۱۹۴۰ بوده‌است. پیشرفت‌های آزمایشگاهی در اولین نسل‌های موتورهای توربوجت، به امکان ساخت اولین هواپیماهای جت در اواسط دهه ۱۹۵۰ کمک کرد.
با این حال، نویز هواپیماهای جت بسیار بالاتر از هواپیماهایی با موتور پیستونی هستند و ساکنین نزدیک فرودگاه‌ها از افزایش صدا شکایت داشتند. این مرکز، در اوایل دهه ۱۹۵۰، شروع به مطالعه علل آن کرد. از آنجایی که ارزیابی نویز در تونل‌های باد و سلول‌های تست که معمولا برای تست موتورها استفاده می‌شوند، دشوار است، محققان مرکز گلن موتورها را روی پایه‌های فولادی ساده نزدیک آشیانه آزمایشگاه نصب کردند و میکروفون‌هایی را در اطراف آنها قرار دادند تا سطح نویز را اندازه‌گیری کنند.
” بخوانید: صدای موتور هواپیما چگونه کنترل می‌شود؟ “
محققان پی بردند که منبع اصلی نویز، مربوط به عناصر مکانیکی موتورها نیست، بلکه به دلیل اختلاط جو سرد با جریان باریک و پرسرعت گازهای داغ خروجی آنها است. در پاسخ، محققان طرح‌های ویژه نازل و اجکتور را آزمایش کردند و بر روی متعادل‌کردن اثرات سخت‌افزاری کاهش صدا بر عملکرد و وزن موتور کار کردند.
عرضه موتورهای توربوفن که باعث افزایش بهره‌وری و کاهش سطح نویز می‌شدند، در دهه ۱۹۶۰ موفقیت‌آمیز بود. اما با توجه به افزایش تعداد هواپیماها، استانداردهای جدید آژانس هوانوردی فدرال آمریکا FAA و علاقه به هواگرد عمود پرواز/باند کوتاه (V/STOL)، تحقیقات کاهش نویز ادامه یافت.
در اواخر دهه ۱۹۶۰ و اوایل دهه ۷۰، مرکز گلن ناسا یک مجموعه جدید و قوی‌تر از استندهای تست باز از جمله سه ریگ در محل فعلی این آزمایشگاه ساخت تا صدای فن را بررسی کند. امکانات بالابر برقی در سال ۱۹۸۶ به سایت اضافه شد تا اطلاعاتی در مورد پرنده‌های عمود پرواز یا با باند برخاست کوتاه ارائه دهد. با این حال، شکایات ساکنان محلی در مورد سطوح نویز بالابر برقی، منجر به تعلیق آزمایش در سال ۱۹۸۹ شد.
در سال ۱۹۹۰، ناسا برنامه تحقیقات با سرعت بالا را برای توسعه فناوری‌هایی با هدف حملونقل مافوق صوت آغاز کرد. بنابراین مرکز گلن شروع به طراحی دستگاه تست آکوستیک نازل (NATR) کرد. این دستگاه یک تونل باد کوچک است که می‌تواند عملکرد آکوستیک و ویژگی‌های آیرودینامیکی نازل‌ها را آزمایش کند. این آزمایش اساسا با صدای بلند انجام می‌شود، بنابراین مرکز تصمیم گرفت سازه‌ای بسازد که هم کارکرد بالابر و هم کارکرد NATR را پوشش دهد.
تاسیسات جدید در سال ۱۹۹۱ تکمیل شد و به نام آزمایشگاه آیروآکوستیک پیشرانش نامگذاری شد. گنبد ژئودزیکی آن نه تنها از خروج صدا از تاسیسات جلوگیری کرده، بلکه از صداهای اطراف و شرایط آب و هوایی نیز محافظت می‌کند.
دستگاه تست آکوستیک نازل به یک مرکز برای آزمایش آکوستیک تبدیل شده‌است. علاوه بر برنامه تحقیقات با سرعت بالا، در این دستگاه همچنین آزمایش‌هایی برای برنامه فناوری پیشرفته مادون‌صوت انجام شد. اولین آزمایش موفقیت‌آمیز مربوط به یک نازل شِورون بود که در سال ۱۹۹۷ به سرانجام رسید.
ریگ پیشرفته کنترل نویز فن (ANCF) و ریگ صوتی جت گرم کوچک (SHJAR) به ترتیب در اواسط دهه ۱۹۹۰ و ۲۰۰۰ اضافه شدند. محققان از ANCF برای مطالعه لاینرهای صوتی و نویز فن استفاده کردند، اما SHJAR برای آزمایش‌های کوچک‌تر از NATR مقرون به‌صرفه‌تر بود.
در اوایل دهه ۲۰۰۰، این آزمایشگاه با یک میدان صوتی جدید تجهیز شد که امکان آزمایش همزمان بر روی چندین ریگ و اندازه‌گیری نویز پرواز در ارتفاع کم را فراهم می‌کرد. استفاده از بالابر برقی در طول سال‌ها کاهش یافت و در نهایت در سال ۲۰۰۷ از رده خارج شد. ریگ ANCF در سال ۲۰۲۱ برداشته شد تا فضایی برای نصب تجهیز تحقیقاتی پیشرانش توربوفن موسوم به DART ایجاد شود. این فضا یک بستر آزمایشی موتور در مقیاس کوچک برای انواع تحقیقات مفید است.
آزمایشگاه AAPL همچنان به ایفای نقش کلیدی در تلاش‌های آزمایشی ناسا ادامه می‌دهد. محققان در حال مقایسه داده‌های نویز جمع‌آوری‌شده از نازل‌های مدل مقیاس در داخل تاسیسات با داده‌های آزمایش‌های پرواز لیرجت۲۵ هستند. این کار ممکن است توانایی محققان را برای پیش‌بینی نویز برخاست هواپیماهای تجاری مافوق صوت آینده بهبود بخشد.
منبع:
