Шум задней кромки является доминирующим источником звука от винтов самолетов, дронов, авиационных и газотурбинных двигателей, а также ветряных турбин. Подавление этого шумового загрязнения является одной из основных экологических целей для городских районов, прилегающих к аэропортам.
Ночные совы производят примерно на 18 децибел меньше шума, чем другие птицы при аналогичной скорости полета, благодаря своей уникальной конфигурации крыльев. Более того, когда сова ловит добычу, форма крыльев также постоянно изменяется. Поэтому большое значение имеет изучение изменения параметров кромок их крыльев во время полета, которые обеспечивают бесшумность полета.
Шум задней кромки возникает, когда воздушный поток проходит вдоль задней части аэродинамического профиля. Поток образует турбулентный слой воздуха вдоль верхней и нижней поверхностей профиля, и когда этот слой воздуха перетекает через заднюю кромку, возникает шум.
Исследователи из Сианьского университета Цзяотун использовали характеристики крыльев совы, чтобы изучить конструкцию их особого аэродинамического профиля. Их целю было разработать оригинальный профиль для значительного снижения шума задней кромки.
Зазубренный край крыльев совы позволяет летать им тише других птиц, и может помочь в разработке нового аэродинамического профиля. (Lei Wang; Xiaomin Liu)
Исследованиями ранее было установлено, что зубчатые задние кромки эффективно снижают шум при взаимодействии профиля крыла или лопатки турбины с газом. Однако шумоподавление не было универсальным и сильно зависело от конечного применения.
В настоящее время конструкция лопаток вращающихся турбомашин постепенно совершенствуется, но технология шумоподавления по-прежнему остается до конца не решенной.
Возможности снижения шума обычных пилообразных кромок ограничены, и возникает необходимость разработать особенные задние кромки, чтобы еще больше использовать потенциал бионического снижения шума.
Исследователи использовали программное обеспечение для расчета и анализа шума, чтобы провести серию подробных теоретических исследований соответствующих аэродинамических профилей с характеристиками, напоминающими крылья совы.
Геометрические модели: (а) аэродинамического профиля на основе совы (б) асимметричных зубцов задней кромки и (c) обычных симметричных зубцов задней кромки. (Lei Wang; Xiaomin Liu)
В результате работы удалось улучшить условия обтекания потока вокруг задней кромки и оптимизировать форму кромки, что позволило значительно снизить шум. Шумоподавление варьируется в зависимости от условий эксплуатации, поэтому ученые подчеркнули, что конструкции аэродинамического профиля следует дополнительно оценивать в зависимости от конкретного применения. При этом было отмечено, что асимметричные зубцы уменьшали шум больше, чем их симметричные аналоги.
Исследователи считают, что эта работа послужит важным руководством для проектирования будущих аэродинамических профилей и контроля шума для дронов, самолетов и гидродинамических машин.
