Исследователи из Техасского университета A & M провели вычислительное исследование, которое подтверждает использование сплава с памятью формы для уменьшения неприятного шума самолета, производимого при посадке. Они отметили, что эти материалы могут быть вставлены в качестве пассивных бесшовных наполнителей в крылья самолета, которые автоматически разворачиваются в идеальное положение во время снижения.

"При посадке двигатели самолета заглушаются задним ходом, и поэтому они очень тихие. Любой другой источник шума, например, от крыльев, становится весьма заметным для людей на земле", - сказал доктор Даррен Хартл, доцент кафедры аэрокосмической инженерии. "Мы хотим создать конструкции, которые ничего не изменят в летных характеристиках самолета и в то же время значительно уменьшат проблему шума".

Исследователи описали свои выводы в Журнал летательных аппаратов.

Авиационный шум является постоянной проблемой общественного здравоохранения. Самолеты могут генерировать до 75-80 децибел во время посадки, что может нанести ущерб слуху в долгосрочной перспективе. Например, исследования показали, что люди, подвергающиеся воздействию постоянного авиационного шума, могут испытывать нарушение сна и повышенный риск инсульта и сердечных заболеваний по сравнению с теми, кто не живет вблизи аэропортов.

Источник шума самолета различен во время набора высоты и снижения. Во время взлета двигатели являются основным источником шума. С другой стороны, когда самолеты замедляются перед посадкой, двигателям не нужно вырабатывать мощность, и они в основном работают на холостом ходу. В это время крылья начинают перестраиваться, чтобы замедлить самолет и подготовиться к приземлению. Подобно открыванию жалюзи, передняя кромка крыла отделяется от основного корпуса. Это изменение приводит к тому, что воздух устремляется в созданное пространство, довольно сильно кружится и производит шум.

"Идея похожа на то, как генерируется звук во флейте", - сказал Хартл. "Когда играют на флейте, воздух, обдуваемый отверстием, начинает кружиться вокруг отверстия, и размер, длина и то, как я закрываю отверстия, создают резонансный звук определенной частоты. Аналогичным образом, циркулирующий воздух в углублении, созданном между передней кромкой крыла и основным крылом, резонирует и создает резкий, неприятный шум."

Более ранняя работа сотрудников Хартла из НАСА показала, что наполнители, используемые в качестве мембраны в форме вытянутой буквы "S" внутри этой бухты, могут обойти вызывающую шум циркуляцию воздуха и тем самым уменьшить резкий звук. Однако систематический анализ материалов-кандидатов, которые могут принимать желаемую S-образную геометрию во время снижения, а затем возвращаться в переднюю кромку крыла после посадки, отсутствовал.

Чтобы устранить этот пробел, исследователи провели всестороннее моделирование, чтобы выяснить, может ли мембрана, изготовленная из сплава с памятью формы, перемещаться взад и вперед, меняя форму при каждом приземлении. В их анализе учитывались геометрия, упругие свойства сплава с памятью формы и аэродинамический поток воздуха вокруг материала во время спуска. Для сравнения исследователи также смоделировали движение мембраны, изготовленной из полимерного композита, армированного углеродным волокном, при тех же условиях воздушного потока.

Хартл сказал, что эти типы моделирования являются дорогостоящими с точки зрения вычислений, поскольку поток воздуха вокруг конформного материала необходимо моделировать при анализе движения материала, вызванного воздухом.

"Каждый раз, когда воздух оказывает некоторое давление на материал, материал движется. И каждый раз, когда материал движется, воздух вокруг него движется по-разному", - сказал он. "Итак, поведение воздушного потока изменяет структуру, а движение конструкции изменяет воздушный поток".

Следовательно, команде пришлось выполнять вычисления сотни или тысячи раз, прежде чем движение материалов было правильно смоделировано. Когда они проанализировали результаты своего моделирования, они обнаружили, что как сплав с памятью формы, так и композит могут изменять свою форму, чтобы уменьшить циркуляцию воздуха и тем самым снизить уровень шума. Однако исследователи также обнаружили, что композит имеет очень узкое окно дизайна, которое позволило бы осуществлять шумоподавление.

В качестве следующего шага Хартл и его команда планируют подтвердить результаты своего моделирования экспериментами. В ходе этих испытаний исследователи поместят уменьшенные модели крыльев самолета с наполнителями из сплава с памятью формы в аэродинамические трубы. Цель состоит в том, чтобы проверить, могут ли наполнители принимать правильную форму и снижать уровень шума в ситуациях, близких к реальным.

"Мы также хотели бы добиться большего", - сказал Хартл. "Мы могли бы создать конструкции меньшего размера, которые могут снизить уровень шума и не требуют S-образной формы, которые на самом деле довольно большие и потенциально тяжелые".