新的发动机设计可减少战斗机噪音:美海军将在F-18超级大黄蜂上测试

2021年09月23日 09:35 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据外媒报道,辛辛那提大学和美国海军研究实验室的航空航天工程师已经为F-18战斗机提出了一种新的发动机喷嘴设计,他们希望能在不妨碍性能的情况下抑制发动机的噪音。俄亥俄州杰出学者Ephraim Gutmark教授和他在辛辛那提大学工程与应用科学学院的学生在他的航空声学实验室中设计并在1/28比例的喷气发动机上测试了新喷嘴。

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喷嘴的内部具有像一排鲨鱼牙齿一样的三角鳍,在辛辛那提大学实验室的测试中大大降低了喷气发动机的噪音。该项目是辛辛那提大学、美国海军研究实验室和海军帕塔克森特河航空站之间的合作。今年秋天,NAVAIR将在美国海军陆战队和海军使用的战术战斗机F-18“超级大黄蜂”上测试辛辛那提大学的设计和性能。

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Gutmark说:“它们是简单的附件,改变了从发动机出来的气流的行为,对其性能影响很小。”

辛辛那提大学的实验室测试表明,新的喷嘴可以将发动机噪音降低5到8分贝。"那是非常重要的,"Gutmark说。"通常情况下,发动机公司即使得到半分贝的改进也很高兴,因为分贝代表对数尺度。"

辛辛那提大学的初步实验室结果为减少商业和军事航空中的喷气机噪音带来了希望。辛辛那提大学和美国海军申请了一项联合专利。

Gutmark说:“如果该设计适用于这种发动机,那么只要稍加修改就可以应用于任何其他发动机。”该项目由美国国防部环境研究计划的战略环境研究和发展计划资助。

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根据美国退伍军人事务部的数字,听力损失和耳鸣是军事残疾索赔的主要原因,影响到260多万前军人。退伍军人事务部每年在听力损失案件上花费超过10亿美元,这占每年向退伍军人事务部提出的新残疾索赔的15%。

喷气机噪音尤其代表了军事和商业航空的严重健康风险。根据海军研究咨询委员会的说法,飞行甲板上的海军人员暴露在超过150分贝的噪音中。

“在航空母舰上,当飞机起飞时,在飞行甲板上与飞行员一起工作的工作人员需要非常接近飞机。由于航母上的跑道很短,他们必须用后燃机操作发动机,所以声音非常大,”Gutmark说。

Gutmark说,喷气机的声音如此之大,以至于噪音和振动甚至可以影响到飞机本身--这种现象称为声载荷。"通过抑制噪音,你在帮助机组人员的同时也帮助了飞机本身的寿命,"Gutmark补充说。

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辛辛那提大学已经与海军研究实验室和NAVAIR就该项目进行了两年的合作。海军提供计算分析和飞机信息以补充辛辛那提大学的设计和实验工作。

Gutmark的多样化研究包括发动机燃烧和推进技术,声学,甚至生物医学研究。他在美国海军的攻击战斗机战术教官项目中向飞行员传授航空航天工程原理,这所学校是电影《壮志凌云》的灵感来源。

"教他们很兴奋,因为他们真的很感兴趣,"Gutmark说。"他们真的想知道更多关于当飞机做这个或那个时会发生什么。从了解飞机在飞行时的实际情况的人那里得到反馈是一个特殊的机会。"

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Gutmark实验室的学生在罗德斯厅的地下实验室里与喷气发动机一起工作时,戴着工业级的护耳装置。发动机被安装在消声室内的地面上,消声室是一个旨在完全吸收声波反射的房间。学生们可以在室外远程开启喷气式发动机,并使用一套传感器来测量和分析来自废气羽流的噪音。

"在我们的实验室里,我们有四种不同的测量技术,包括通过声学和光学测量的信号处理和激光设备,"辛辛那提大学博士生Aatresh Karnam说。“像任何工程领域一样,你必须适应多种技术,知道要捕捉什么数据,如何处理它,以及如何解释它。这是一个困难的挑战。”

一个敏感的麦克风阵列围绕着室中的喷气。也许并不奇怪,噪音听起来是不同的,这取决于一个人与喷流的相对位置。Gutmark教授说:“这些噪音的每一个组成部分都在不同的方向上传播。传声器在喷气周围呈弧形分布,因此我们可以检测到向下游、上游或侧面传播的噪声。”

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辛辛那提大学的工程师们在冷的和加热的喷气机上测试他们全新的喷嘴设计,排气温度高达1100华氏度。该喷气机是总部位于辛辛那提的通用电气航空公司制造的F-18的F404发动机的比例模型。Karnam说:“实际喷气机的后燃烧器的排气温度会更高。”

辛辛那提大学博士生Mohammad Saleem 说,今天的飞机比20年前的飞机更安静。商业和军事航空在减少噪音方面都有强烈的公共和财政利益。他说,即使是渐进式的改进也会产生深远的影响。

"这些降噪技术对生活在空军基地周围的社区和在航空母舰上工作的人员极为有利,"Saleem说。

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Saleem表示,他一直对航空航天工程感兴趣。但他很喜欢喷气式发动机噪音这样复杂的项目所带来的挑战。他说:“我选择辛辛那提大学是因为它在推进系统方面是一个强大的学校。”

但他承认,当他谈到参与F-18超级大黄蜂项目时,他的朋友和家人都印象深刻。"知道你在为战斗机工作,这是一种刺激。有一个很酷的因素,"Saleem说。"工程是关于解决问题的。乐趣在于想出一个能工作的系统。我认为这很令人满意。"

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