ارزیابی نویز مجازی برای هواپیماهای مسافربری آینده

سر و صدای هواپیما اغلب برای افرادی که در نزدیکی فرودگاه ها و در مسیرهای پروازی زندگی می کنند آزاردهنده است – و در بدترین حالت برای سلامتی آنها یک خطر ایجاد می کند: از اختلالات خواب گرفته تا بیماری های قلبی عروقی. طبق گزارش آژانس محیط زیست اروپا، حدود چهار میلیون نفر در اروپا در سال 2017 در معرض سطوح بیش از حد صدای هواپیما قرار گرفتند. کشش و مصرف سوخت کمتر – به عنوان یک چراغ امید برای کاهش این بار دیده می شود. و در صورتی که موتورها در بالای بدنه نصب شده باشند، صدای کمتری به زمین منتشر می شود.

شنوایی در آزمایشگاه

اگرچه انتشار نویز چنین هواپیماهایی را می توان با استفاده از ابزارهای شبیه سازی تخمین زد، اما اثرات آزاردهنده و استرس زا آن ها بر انسان ها تنها با در نظر گرفتن ادراک ذهنی افراد آسیب دیده می تواند به صورت واقعی ثبت شود. کارشناسان آکوستیک در Empa سال‌ها با موفقیت از روش شنیداری برای برداشت‌های شنوایی مشابه تجسم برای چشم – به عنوان مثال، برای مطالعه اثرات سر و صدای راه‌آهن بر روی افراد استفاده می‌کنند.

Reto Pieren، Axel Heusser و Beat Schäffer از آزمایشگاه آکوستیک / کنترل نویز Empa از این تخصص در پروژه اروپایی ARTEM (فناوری های کاهش نویز هواپیما و اثرات زیست محیطی مرتبط، نگاه کنید به کادر اطلاعات) استفاده کردند، که در آن شرکای متعدد مفاهیمی را برای طولانی مدت کم سر و صدا توسعه دادند. هواپیمای حمل و نقل – با طراحی ویژه BWB و گزینه های موتور مختلف.

این کنسرسیوم همچنین سایر فناوری‌های کاهش نویز را در نظر گرفت، مانند لبه عقب با لامپ‌های کروگر بهینه‌شده یا موتورهای توربوفن دنده‌ای مدرن با نسبت بالای جریان هوای خارج از احتراق به جریان هوای داغ خروجی که به میزان قابل توجهی نویز را کاهش می‌دهد.

شبیه سازی نویز – کاملاً ریاضی

چنین هواپیماهای جدید مسافت طولانی با حدود 400 مسافر در مقایسه با هواپیماهای معمولی چگونه خواهند بود؟ تیم Empa اکنون نتایج خود را در مجله Aerospace Science and Technology منتشر کرده است. بر اساس قوانین فیزیک، کارشناسان شبیه سازی نویز پرواز – صرفاً مصنوعی با استفاده از برنامه های کامپیوتری – تولید کردند. آنها این شبیه‌سازی‌ها را با ضبط‌شده‌ای از ورود و خروج هواپیماهای فعلی در اطراف فرودگاه زوریخ بررسی کردند. از آنجایی که نویز شبیه سازی شده به خوبی با داده های اندازه گیری شده مطابقت دارد، می توان از آن برای مقایسه با شبیه سازی های مفهومی هواپیمای جدید BWB استفاده کرد.

برای تعیین اینکه انتشار صدای هواپیماهای تجاری مختلف در هنگام پرواز بر فراز آن‌ها چقدر برای مردم آزاردهنده است، 31 نفر بین 18 تا 61 سال در آزمایش‌های دقیق طراحی شده در AuraLab شرکت Empa شرکت کردند. شبیه‌سازی‌های فضایی از بلندگوهایی که دقیقاً چیده شده‌اند شامل – پس از یک دوره آشنایی – 36 پرواز: برخاستن و فرود انواع معمولی و مبتکرانه هواپیما، هر کدام در مراحل مختلف پرواز است. این سناریوهای نویز همچنین شامل جزئیاتی مانند موقعیت فلپ یا موقعیت ارابه فرود و همچنین شرایط جوی مانند تلاطم یا بازتاب صدای زمین است.

پس از آزمایش، شرکت‌کنندگان در آزمون پرسشنامه‌هایی را پر کردند که در آن برداشت‌های ذهنی خود را گزارش کردند – با استفاده از یک مقیاس عمومی و استاندارد 11 نقطه‌ای که از 0 برای «اصلاً آشفته یا تحریک‌شده» تا 10 برای «به‌شدت آشفته یا تحریک‌شده» متغیر بود. همچنین از آنها پرسیده شد که این رویداد صوتی مربوطه چقدر برای آنها آشنا به نظر می رسد.

به طور قابل توجهی تحریک کمتر است

نتایج: هواپیمای جدید BWB در بهترین حالت نسبت به یک هواپیمای مسافربری معمولی 4.3 واحد کمتر سر و صدا داشت. این یک تفاوت واضح است، که همچنین به دلیل این واقعیت است که هواپیمای مجازی در شبیه‌سازی به فناوری‌های کاهش نویز اضافی یا موتورهای مخصوصاً کم انتشار مجهز است. علاوه بر این، مطالعات نشان داده‌اند که برخاستن این نوع هواپیما حس شنیداری را بر جای می‌گذارد که برای شرکت‌کنندگان کمتر آشنا به نظر می‌رسد – نشانه‌ای از ویژگی‌های صوتی غیرعادی است که احتمالاً تأثیر مثبتی بر درک مزاحمت دارد.

البته، با توجه به انبوه انواع احتمالی، پیش بینی اینکه کدام نوع از هواپیمای BWB در آینده غالب خواهد شد، دشوار است. اما به گفته محقق Empa، Reto Pieren، یک چیز قطعی است. این کارشناس آکوستیک می گوید: “بزرگترین سهم در کاهش نویز بدون شک از شکل هواپیما ناشی می شود که سر و صدای موتور را به سمت پایین محافظت می کند.”

مطالعه بزرگ اتحادیه اروپا در مورد سر و صدای هواپیما

ARTEM (تکنولوژی های کاهش سر و صدای هواپیما و اثرات زیست محیطی مرتبط) یک پروژه تحقیقاتی پنج ساله بود که در اواخر سال 2017 آغاز شد و بر فناوری های نوآورانه کاهش نویز برای پیکربندی هواپیماهای 2035 و 2050 تمرکز داشت. ابتدا، رویکردهای نوآورانه ای برای کاهش صدای هواپیما در مبدا توسعه یافت. دوم، این پروژه با مفاهیمی برای کاهش موثر صدای موتور و سایر منابع نویز با استفاده از مواد جدید سروکار دارد. فن آوری های جدید منجر به طراحی یک هواپیمای جت آینده با بدنه بال ترکیبی شد. این پروژه در مقیاس بزرگ شامل 24 شریک از ده کشور اروپایی، از جمله دفتر ملی فرانسوی d’études et de recherches aérospatiales (ONERA) و مرکز هوافضای آلمان (DLR) است که پروژه را هماهنگ می کند، دانشگاه رم III و EPFL. ARTEM به عنوان بخشی از برنامه افق 2020 اتحادیه اروپا تأمین مالی شد.