Инженеры создают бесшумное будущее для дронов и летающих автомобилей.
Одним из препятствий на пути к мечте о летающих автомобилях является шум — представьте, что 1000 воздуходувок врываются к Вам на барбекю.
Это не только летающие машины, но и дроны. Жалобы на высокий шум пропеллеров приведут к ограничениям или правилам, которые могут помешать развитию новой индустрии коммерческих дронов.
Студенты аэрокосмической инженерии Университета Цинциннати разрабатывают способы подавления шума в лаборатории доцента Даниэля Купполетти в Колледже инженерии и прикладных наук Калифорнийского университета. По словам Куполетти, летающие автомобили могут стать успешным проектом, только при условии их тихой работы.
Студенты Калифорнийского университета в области аэрокосмической инженерии Натали Рид, Мэтью Уокер и Питер Соренсен представили доклады вместе с Купполетти на Научно-техническом форуме и выставке в этом месяце в Сан-Диего, штат Калифорния. Это крупнейшая в мире конференция по аэрокосмической технике, проводимая Американским институтом аэронавтики и астронавтики.
«Я рассматриваю шум с точки зрения воздействия на общество», — сказал Купполетти. «Эти транспортные средства должны быть незаметны в окружающей среде, иначе воздействие шума будет максимальной на какой либо из слоев населения».
По его словам, в большинстве случаев воздействие шума ощущаются в районах с низким уровнем дохода.
Аэропорты по всей стране являются объектом десятков тысяч жалоб на шум в год, подаваемых местными жителями. В исследование FAA, опубликованном в прошлом году, две трети респондентов заявили, что их «сильно раздражает» шум самолетов. Опрос показал, что шум от самолетов и вертолетов доставляет гораздо больше неудобств, чем автомобили, грузовики или соседи.
Также, шум двигателей является серьезной проблемой для военной и коммерческой авиации. Потеря слуха и шум в ушах являются основными причинами исков о медицинской инвалидности, поданных в Департамент по делам ветеранов США.
Дролны не представляют такого же риска потери слуха, как самолеты, потому что они не намного громче кухонной техники. Но своеобразное жужжание винтов не вписываются в естественные шумы окружающей среды, от чего они кажутся раздражающими и отвлекающими.
«Один вертолет, пролетающий над вашей крышей, не даст вам заснуть», — сказал Капполетти. «Если вы хотите, чтобы 1000 дронов летали над городами и в городских центрах, шум будет огромной проблемой».
В перспективе масштабное распространение дронов может стать проблемой. В то время как в Соединенных Штатах ежедневно совершается около 5700 рейсов коммерческих самолетов, беспилотники с их разнообразными приложениями могут выполнять тысячи рейсов в крупных мегаполисах ежедневно.
Купполетти сказал, что на восприятие звука людьми влияет множество факторов. Шум от самолетов менее заметен в перенаселенных городах, чем в пригородах или сельской местности. Да и время суток имеет значение. Вечера, как правило, тише, от чего шум самолетов более ощутим.
«Исследования показали, что простое наблюдение за самолетом может заставить людей думать, что они громкие», — сказал Капполетти. «Есть субъективные человеческие рефлексы, которые вы не можете контролировать».
Купполетти изучает управление звуком дронов при помощи инженерного проектирования. Он тестирует звук в комнате, облицованной звукопоглощающей прокладкой, которая устраняет эхо.
Используя безэховую камеру, комнату, покрытую со всех сторон звукопоглощающим материалом и оснащенную набором из восьми микрофонов, Купполетти проверяет частоту, длину волны и амплитуду звука, а также другие факторы, влияющие на наше восприятие шума. Он и его студенты разрабатывают руководство, которое производители дронов и летающих автомобилей смогут использовать, чтобы рассчитать уровень шума новых разработок, основанных на инженерных экспериментах Калифорнийского университета.
Каждый винт имеет свою собственную шумовую сигнатуру. Простое изменение конфигурации двух винтов может увеличить или уменьшить звук на 10 или более децибел, сказала студентка Калифорнийского университета Рид.
Натали Рид протестировала 16 конфигураций винтов дрона для статьи, которую представила на конференции SciTech.
«Изменение вертикального зазора влияет на шум. Поэтому я посмотрела, что произойдет, если мы изменим вертикальный или горизонтальный интервал», — сказала она.
Студент Калифорнийского университета Соренсен изучал различия в звуке винтов, вращающихся в одном направлении, по сравнению с противоположными направлениями: вращающимися совместно или против вращения. Но пока однозначные результаты не получены.
«Сейчас захватывающее время для аэрокосмической промышленности», — сказал Капполетти. «Новые конструкции самолетов находятся на стадии предварительного концептуального проектирования. Основываясь на решениях конструкторов, мы сможем оказать влияние на уровень шума самолетов в будущем».
По его словам, эксперименты со звуком UC помогут производителям разрабатывать более рациональные проекты.