Французская технологическая корпорация Dassault Aviation недавно провела первичные испытания U-образного хвостового оперения для перспективного бизнес-джета LSBJ, о чем сообщило издание Aviation Week. Результаты экспериментов продемонстрировали, что данная конструкция позволяет существенно снизить уровень шума турбовентиляторных двигателей за счет оптимизации аэродинамических характеристик воздушного судна. В условиях стремительной урбанизации многие действующие аэропорты оказываются в непосредственной близости от жилых массивов, что приводит к усилению акустического загрязнения среды. Несмотря на возможность переноса авиаузлов за пределы городов, данный метод является экономически затратным и логистически неудобным из-за увеличения времени в пути для пассажиров. В связи с этим наиболее эффективным решением проблемы шумового воздействия является совершенствование конструктивных решений по снижению уровня шума самих летательных аппаратов.
Новое U-образное хвостовое оперение, разрабатываемое Dassault Aviation, способно снижать шумность самолета, отражая шум его двигателей. Такое оперение имеет горизонтальную часть нормальной стреловидности и отходящие вверх от его законцовок несколько наклоненные в стороны кили. Во фронтальной проекции очертания такого оперения напоминают букву U.
В октябре текущего года французская компания Onera, участвующая в проекте LSBJ, представила проект электрического самолета Ampere. Проект самолета предполагает размещение 16-20 электровентиляторов на передних кромках консолей крыла. В компании полагают, что использование электрической тяги и большого числа небольших электровентиляторов позволит сделать самолет относительно тихим.
Для любознательных
В России и за рубежом над технологиями снижения шума авиации работают несколько ведущих компаний и научных центров. Одним из перспективных направлений стало создание U-образного хвостового оперения — инновационной аэродинамической схемы, которая помогает уменьшить шум, излучаемый двигателями самолёта, особенно при взлёте и посадке.
Как работает U-образное хвостовое оперение?
U-образное хвостовое оперение (или U-tail) — это компоновка, при которой вертикальные кили отходят вверх от концов горизонтального стабилизатора, образуя форму, напоминающую букву «U» при виде спереди. Такая конструкция выполняет функцию акустического экрана:
- Двигатели устанавливаются ближе к хвостовой части фюзеляжа, а их сопла размещаются ниже уровня горизонтального оперения.
- Шум от двигателей, особенно в диапазоне 100 Гц – 60 кГц, отражается вверх от поверхностей горизонтального и вертикального оперения.
- В результате звуковые волны не распространяются напрямую вниз к земле, и количество людей, подвергающихся акустическому воздействию, значительно сокращается.
Этот принцип называется экранированием шума — аналогично тому, как шумоизолирующие стены вдоль автострады отводят звук вверх и в стороны.
Кто разрабатывает U-образное оперение?
Dassault Aviation (Франция) — лидер в этой области
- Компания разрабатывает U-tail в рамках проекта Low-Sweep Business Jet (LSBJ) — перспективного бизнес-джета нового поколения.
- Испытания проводились совместно с французским исследовательским центром ONERA и в аэродинамических трубах DNW (Германия/Нидерланды).
- По расчётам, такая схема позволяет вдвое снизить количество людей, подвергающихся шуму выше 55 дБ, при взлёте с аэропорта Бордо.
- В сочетании с ламинарным крылом и новыми двигателями, LSBJ должен быть на 32–34% экономичнее, чем Falcon 2000.
Российские разработки в области шумоподавления
Хотя в России U-образное оперение пока не применяется в серийных самолётах, активно ведутся смежные разработки:
- Пермский политех (ПНИПУ) — создал конусные звукопоглощающие панели для двигателей, способные снижать шум на 38–40 дБ.
- Вместо традиционных сот — ячейки в форме конусов, эффективные в широком диапазоне частот (1300–6200 Гц).
- Технология использует 3D-печать, что упрощает производство и снижает массу.
- Это особенно важно для импортозамещения и создания тише работающих самолётов, включая ПД-14 и ПД-8.
- ОКБ «Сухой» и Ил — исследуют аэроакустические характеристики своих ВС, в том числе с учётом шумового следа.
-
ЦАГИ и ОНЭРЭ — проводят аэродинамические и акустические испытания моделей, включая влияние компоновки на шум.
Будущее технологии
U-образное оперение — часть более широкой стратегии экологичной авиации, поддерживаемой программой Clean Sky (ЕС). В неё входят:
- Airbus Group
- Fokker
- ONERA
- INCAS (Румыния)
Такие технологии особенно актуальны, так как современные города растут, и аэропорты всё чаще оказываются рядом с жилыми районами. Перенос аэропортов — дорого и неудобно, поэтому снижение шума на уровне самолёта — ключевое решение.
Вывод
- U-образное хвостовое оперение — реальная технология, разрабатываемая Dassault Aviation и её партнёрами.
- Оно работает за счёт отражения шума двигателей вверх, уменьшая воздействие на население.
- В России пока нет аналогичных компоновок, но ведутся перспективные разработки в области звукопоглощения, особенно в Перми и в рамках ЦАГИ.
- До 2026 года такие технологии могут быть внедрены в новых бизнес-джетах и, возможно, в региональных лайнерах.
Для любознательных
С радостью расскажу подробнее о конусных звукопоглощающих панелях, разработанных учёными Пермского политеха (ПНИПУ), и опишу, как выглядит схема U-образного хвостового оперения (U-tail) — к сожалению, изображение я не могу нарисовать, но могу детально его описать, чтобы вы легко представили или нарисовали сами.
Как устроены конусные звукопоглощающие панели из Перми?
Это инновационная конструкция, разработанная для снижения шума авиационных двигателей. В отличие от традиционных сотовых панелей, где используются шестигранные ячейки одинаковой высоты, в новой разработке применены ячейки в форме конусов — как прямых, так и перевёрнутых.
Основные элементы конструкции:
-
Поверхностный слой (перфорированная пластина)
- Сделана из лёгкого композитного материала.
- Имеет множество мелких отверстий, через которые проникает звуковая волна.
- Работает как мембрана, реагирующая на давление шума.
- Внутренний заполнитель — конусные ячейки
- Вместо пчелиных сот — множество микроконусов разной высоты и ориентации.
- Каждый конус «настроен» на определённую частоту шума.
- Благодаря разнообразию геометрии, панель эффективно поглощает шум в широком диапазоне частот — от 2000 до 5400 Гц (именно в этом диапазоне работают авиадвигатели).
-
Задняя стенка (отражающий слой)
- Замыкает полость, создавая резонансные камеры.
- Вместе с конусами образует систему микрорезонаторов Гельмгольца, которые «гасят» звуковую энергию.
Преимущества перед аналогами:
| Параметр | Традиционные сотовые панели | Конусные панели (ПНИПУ) |
|---|---|---|
| Вес | Тяжелее в 1,5 раза | В 1,5 раза легче |
| Диапазон частот | Узкий (настроены на 3 режима) | Широкий (2000–5400 Гц) |
| Устойчивость к потоку воздуха | Падает эффективность при потоке | Сохраняет эффективность |
| Устойчивость к дефектам | Чувствительна к погрешностям | Работает стабильно даже при дефектах |
| Технология изготовления | Сборка слоёв | 3D-печать — точная геометрия |
Как проверяли?
Учёные тестировали панели на установке «канал с потоком»:
- Создавался шум до 150 дБ (как у работающего двигателя).
- Поток воздуха имитировал реальные условия полёта.
- Результат: на 20 дБ выше поглощение, чем у однослойных панелей.
Такие панели могут быть установлены в обшивке двигателя, фюзеляжа или хвостовой части, чтобы снизить шум как для пассажиров, так и для жителей около аэропортов.
Схема U-образного хвостового оперения (U-tail) — как это выглядит?
Представьте себе самолёт с хвостом в форме буквы «U», вид сзади:
- Вертикальные кили (|) — стоят по бокам, как у обычного самолёта, но не от фюзеляжа, а от концов горизонтального стабилизатора.
- Горизонтальный стабилизатор (—) — длинный, соединяет кили.
- Двигатели — установлены под хвостом, соплами вниз.
- Звук от двигателей — направлен вниз, но сталкивается с нижней поверхностью хвоста.
- Результат: звук отражается вверх и в стороны, не достигая земли напрямую.
Почему это снижает шум?
- Акустическая тень: зона под самолётом получает меньше шума.
- Особенно эффективно при взлёте и посадке, когда самолёт близко к земле.
- Уменьшается количество людей, подвергающихся шуму выше 65 дБ (уровень, при котором начинаются проблемы со сном и давлением).
Вывод
- Конусные панели из Перми — это прорыв в лёгких и эффективных шумопоглотителях, созданных с помощью 3D-печати.
- U-tail — это аэродинамическая схема, которая физически блокирует путь шума к земле.
- Обе технологии могут быть использованы вместе — например, в будущих региональных или бизнес-самолётах, чтобы сделать полёты тише, комфортнее и экологичнее.
