-0.34
КОРОНАВИРУС
Ученые Самарского университета им. Королёва спроектировали и испытали малошумный воздушный винт для дронов, производящий в полете в два раза меньше шума, чем аналогичные винты серийного производства. Благодаря точной оптимизации конструкции винта ученым удалось не только снизить шум, но и увеличить при этом тягу. Спроектировать инновационную разработку ученым помог искусственный интеллект в виде специально обученной нейронной сети.
"Беспилотные летательные аппараты все шире применяются в самых различных сферах жизнедеятельности человека, но по мере роста потребности в более высокой тяге дрона возникает важная и сложная задача – получить оптимальный баланс между тягой, энергоэффективностью и шумом. Наша научная группа разработала инновационный двухлопастной воздушный винт для малых БПЛА, оптимально смоделированный по энергоэффективности и шумовым характеристикам. При проектировании винта использовалась комбинация метода дифференциальной эволюции и нейронных сетей. Испытания изготовленного экспериментального образца винта показали увеличение тяги на 15,9% и снижение производимого шума на 6 дБ, то есть шум уменьшился практически в два раза по сравнению с уровнем шума от стандартного двухлопастного винта аналогичного размера", – рассказал Евгений Куркин, доцент кафедры конструкции и проектирования летательных аппаратов, старший научный сотрудник Центра "Интеллектуальная мобильность многофункциональных беспилотных авиационных систем" Самарского университета им. Королёва.
Как отметил ученый, проблема авиационного шума, негативно влияющего на здоровье людей и качество жизни, возникла еще в прошлом веке, становясь все более значимой по мере становления и развития авиации. Несмотря на различные принимаемые меры и вводимые ограничения по шуму, эта проблема до сих пор остается актуальной для людей, проживающих недалеко от аэропортов. Беспилотные летательные аппараты, особенно небольшие дроны, по производимому шуму с самолетами, конечно же, не сравнить, тем не менее в будущем вопрос снижения уровня шума станет, скорее всего, актуальным и для дронов, когда в воздушном пространстве крупных городов будут сновать сотни или даже тысячи беспилотников различного гражданского назначения.
"Шум винта является не просто эксплуатационным недостатком – он представляет собой необратимое рассеяние энергии в движительной системе, напрямую снижающее общую эффективность. Таким образом, уменьшать шум важно не только для минимизации воздействия на окружающую среду и здоровье людей, это также важно для повышения энергоэффективности летательного аппарата, то есть создания требуемой тяги при меньшем потреблении энергии", – подчеркнул Евгений Куркин.
По его словам, современные стратегии снижения шума винтов опираются в основном на изменение формы законцовок лопастей. Эти модификации призваны при вращении разрушать крупные высокоэнергетические законцовочные вихри, превращая их в серию более мелких низкоэнергетических структур. Однако создание таких сложных элементов на законцовках значительно увеличивает геометрическую сложность и стоимость производства, давая при этом лишь незначительный прирост общей энергоэффективности – обычно порядка лишь 1–3% – по сравнению с традиционными конструкциями воздушных винтов. Кроме того, традиционные подходы к проектированию, как правило, отдают приоритет либо энергоэффективности, либо снижению шума, что затрудняет достижение сбалансированного компромисса, особенно в режимах высокой тяги.
Ученые Самарского университета им. Королёва разработали универсальную методологию проектирования геометрии воздушных винтов с использованием нейронной сети, обученной на базе данных аэродинамических характеристик профилей. Для определения формы лопасти применяются 28 переменных. Геометрические параметры оптимизируются с использованием алгоритма дифференциальной эволюции для минимизации потребляемой мощности при сохранении заданного целевого значения тяги.
Спроектированный таким методом образец винта прошел испытания на экспериментальной установке в лаборатории университета. Ученые измеряли уровни шума, силу тяги, потребление энергии и другие параметры. Экспериментальный образец показал значительное превосходство над стандартным винтом, серийно выпускаемым для небольших дронов.
"Экспериментальные измерения шума демонстрируют, что предлагаемая конструкция винта, которая достигает эквивалентной тяги при меньшем потреблении мощности, также отличается пониженным уровнем шума. Как уже говорилось, мы наблюдали снижение шума до 6 дБ по сравнению с коммерческим базовым образцом. Важно отметить, что эти сравнения выполнялись при одинаковой частоте вращения. При сравнении винтов на одинаковом уровне тяги частота вращения экспериментального винта была бы примерно на 3% ниже, что открывает дополнительный потенциал для снижения шума", – подытожил Евгений Куркин.
Автор фото: Виктория Старосельская
