Форма авиационного пропеллера почти не изменилась за более чем сто лет. Но проверенная временем классика не подходит для эры электрической авиации, считают учёные. Электросамолёты летают пониже и на меньшие дистанции, так что и винты у них должны удовлетворять особым условиям — быть одновременно эффективными и тихими. Такое без науки не осилить.
Источник изображения: Pixabay
Проблемой формы пропеллеров для электрической авиации занялись исследователи из Технологического университета Чалмерса в Швеции. Они разработали методику расчёта «правильных» пропеллеров и поделились ею в статье в журнале Aerospace. Методика поможет подобрать оптимальную форму пропеллера и число лопастей на каждый случай жизни, а полученный результат сохранит баланс между эффективностью и уровнем шума.
Классическая форма пропеллера заставляет увеличивать число лопастей для совершения более эффективных с точки зрения расхода горючего (энергии) полётов. При этом, чем больше лопастей, тем выше уровень создаваемого ими шума. Учёные искали возможность снизить шум, не потеряв в эффективности или потеряв, но незначительно.
«Современные воздушные винты обычно имеют от двух до четырёх лопастей, но мы обнаружили, что при использовании шести лопастей, разработанных с помощью нашей системы оптимизации, можно создать пропеллер, который будет одновременно относительно эффективным и тихим. По сравнению с пропеллером с тремя лопастями, этот пропеллер обеспечивает снижение шума на 5–8 дБА при снижении тяги всего на 3,5 %. Это сравнимо с уменьшением шума, когда человек переходит от разговора в обычной обстановке к громкости, которой достаточно, чтобы услышать в тихой комнате», — сказал один авторов работы.
Всё дело в повышенном шуме, возникающем на концах лопастей. Учёные выделили его и исследовали его вклад в общие шумы пропеллеров. Затем была разработана модель винта, снижающая уровень этого и других шумов. Опираясь на ту же методику, специалисты могут создавать свои версии пропеллеров для собственных нужд.
Петлевой гребной винт компании Sharrow Marine. Источник изображения: Sharrow Marine
Изученная учёными проблема касается не только воздушного транспорта, но и водного. Современные методы производства, включая 3D-печать, позволяют создавать пропеллеры и винты очень сложной формы. В частности, уже получены данные о высокой производительности петлевых винтов, которые могут быть очень производительными и сравнительно тихими.