ЗНАК ВОПРОСА 2002 № 04 - Александр Сергеевич Алексеев

лучше всего с самого начала проектировать «тихие» двигатели — многоконтурные (в частности, двухконтурные). По удельной мощности они почти вдвое превосходят обычные одноконтурные. А происходит это вот почему. Вместо одного компрессора — самого «говорливого» агрегата в двигателе — поставлены два, дающие в итоге ту же степень сжатия воздуха. Но режимы их работы подобраны так, чтобы шумы от этих механизмов компенсировали друг друга.

Подобная картина с самими двигателями: один ревет сильнее, чем два с такой же суммарной мощностью. Поэтому авиаконструкторы стараются ставить большее число силовых установок. Оно и выгоднее — полет безопаснее, аэродинамика самолета намного лучше.

А иногда поступают и того проще — корпус двигателя закрепляют над крыльями, чтобы прикрыть землю от звука мотора.

Известны ученым и инженерам и самые радикальные способы избавления от шума. Ведь, помимо всего прочего, вибрации, создаваемые ревущими моторами, не проходят безнаказанно и для самого самолета. Дело в том, что звуковые колебания могут совпасть по частоте с собственными колебаниями обшивки фюзеляжа и крыла.

Из-за резонанса в стыках и креплениях возникают усталостные трещины, которые нередко приводят к катастрофе. Кроме того, вибрация оборудования и приборов нарушает их нормальную работу.

Это явление — «акустическая нагрузка» — изучается уже более четверти века. И кое-что инженеры уже придумали. Так, например, исследователи установили: пластмассы, а тем более композиты более стойки к повторной «шумовой атаке», чем алюминиевые сплавы. Трещины на них, если и возникнут, распространяются с малой скоростью.

Поэтому ныне все большее количество деталей и узлов современных самолетов делают не из металла, а из стекловолокна и других композитных материалов. Говорят, в скором времени даже двигатели начнут делать не из жаропрочных сплавов, а из керамики.

Заодно исследователи выяснили, что «больной», неисправный узел издает иные звуки, нежели «здоровый». Это привело к развитию акустической дефектоскопии. Неисправные детали находят «на слух» прямо в работающем агрегате. Два микрофона заменяют фонендоскоп, а прибор, автоматически записывающий подозрительные шумы, — ухо «врача».

Причем во многих случаях место даже самого опытного «слухача» все чаще начинает занимать компьютер. ЭВМ, в частности, начинают использоваться для анализа и изучения сложных акустических явлений, в частности, для исследования шума, создаваемого вертолетами, воздушными винтами и двигателями самолетов.

С помощью ЭВМ рассчитываются уравнения, описывающие взаимодействие во времени акустического поля и потока газов в камерах сгорания. Компьютеры используются для моделирования шума вертолетов и воздушных винтов, аэродинамического взаимодействия завихрений на крыле и возникающего акустического поля.

Винтовентиляторные двигатели с противовращающимися каскадами, которые будут ставиться на перспективных скоростных пассажирских самолетах, создают больше шума, чем однокаскадные двигатели, и конструкторы ищут пути снижения шума за счет варьирования числом лопастей, расстоянием между винтами и диаметром винтов. Шум, создаваемый толкающими винтами, в значительной степени зависит от конфигурации и геометрии оперения.

Продувка модели двухмоторного реактивного самолета показала, что шум можно снизить, контролируя положение когерентных структур в реактивном потоке. Так, например, шум снижается при устранении взаимодействия реактивных струй двух двигателей.

И, наконец, в последние годы за рубежом особое внимание обращают на создание активных систем подавления шума. Суть этого явления хорошо известна даже из школьного курса физики. Если на одно гармоническое колебание наложить точно такое же, но в противофазе, то в итоге мы должны получить взаимное вычитание, погашение двух колебаний.

Конечно, те же авиационные двигатели создают не одно колебание, а сразу множество, целый спектр их. Но из высшей математики известно, что любую кривую можно разложить на ряд гармонических составляющих. И каждой подобрать аналогичную, но в противофазе. В таком случае, по идее, шум должен подавить шум.

Самое сложное на пути внедрения этой идеи в практику — создание достаточно быстродействующих компьютеров и программ, которые бы позволяли точно и быстро производить анализ исходного шума, а потом сдвигать каждую из составляющих настолько, чтобы она оказывалась в противофазе с исходной. Но первые успехи на этом пути уже достигнуты. Скажем, в аэропорту Орли, неподалеку от Парижа, уже проходит испытания опытная установка, которая методом активного шумоподавления наводит тишину на довольно большой площади возле здания аэровокзала.

У нас систем активного шумоподавления пока нет. И среди нынешнего авиационного парка лишь Ту-154М да Ту-204 соответствуют нынешним нормам по шуму. Однако эти самолеты относительно небольшие. Для того, чтобы перевезти то же число пассажиров, что Ил-86 берет за два рейса, Ту-154М должен сделать 5 таких рейсов. А это и лишний расход горючего, и большая загрузка аэропортов, и дополнительное количество экипажей…

В общем, каждый такой рейс обходится намного дороже. А какому пассажиру охота переплачивать? Ведь до сих пор многие отечественные туристы, отправляясь за рубеж, предпочитали наши самолеты более комфортабельным иностранным лишь потому, что полет на нашем Ил-86 стоил дешевле, чем на американском Боинге-747.

И те чиновники, которые в свое время активно отстаивали право того же Ил-86 летать повсюду, в конце концов, оказали медвежью услугу и нашим авиаконструкторам, и нашим авиаперевозчикам. По словам главы государственной службы гражданской авиации Александра Нерадько, о планах по ужесточению требований по шуму было известно еще в конце 70-х годов XX века. Так что Ил-86 уже «изначально не соответствовал предписанным требованиям».

Теперь волей-неволей надо делать ставку на самолеты следующего поколения — Ил-96-300, Ту-204, Ту-214, Ту-334. Однако, несмотря на то, что Ил-96 и Ту-204 реально уже летают, как-то неожиданно выяснилось, что наши специалисты почему-то иной раз упускают из виду элементарные вещи. Для того же Ил-96 почему-то днем с огнем не сыщешь запасных частей. А каждый Ту-204, по сути, представляет собой уникальное изделие — все они разной компоновки. А это весьма усложняет их обслуживание.

В итоге и получается, что наши самолеты большую часть времени проводят на земле, в то время как зарубежные Боинг-737 или А-310 — в воздухе.

А из наших авиадвигателей лишь один ПС-10 с его различными модификациями более-менее соответствует зарубежным стандартам. Что же касается остальных, то один из индийских бизнесменов, закупивший у нас партию самолетов, тут же оснастил их двигателями фирмы «Роле-Ройс» и западной авионикой.

Такое вот у нас сегодня положение. И потребуются героические усилия, много денег, чтобы преодолеть те трудности, которые мы сами себе и создали.

По следам сенсаций

ДЕСАНТ В ДАЛЬНИЙ КОСМОС

Однажды я услышал о любопытном проекте, затеваемом НАСА. Около 180 космонавтов-камикадзе собираются в полет за пределы Солнечной системы. Кому и зачем понадобилось путешествие, которое продлится не менее двух веков? Известны ли вам