ارزیابی نویز مجازی برای جت مسافربری آینده

سر و صدای هواپیما اغلب برای افرادی که در نزدیکی فرودگاه ها و مسیرهای پروازی زندگی می کنند آزاردهنده است – و در بدترین حالت، یک خطر برای سلامتی است: 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. مقاومت هوا و مصرف سوخت کمتر – به عنوان یک چراغ امید برای کاهش این بار دیده می شود. و با انتشار صدای کمتری به سمت زمین اگر موتورها در بالای بدنه نصب شوند.

شنوایی در آزمایشگاه

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

رتو پیرن، اکسل هوسر و بیت شافر از آزمایشگاه آکوستیک/کنترل نویز Empa نیز از این تخصص در پروژه اروپایی ARTEM (فناوری های کاهش نویز هواپیما و تاثیر محیطی مرتبط، به جعبه اطلاعات مراجعه کنید) استفاده کردند، که در آن شرکای متعددی مفاهیمی را برای کم نویز توسعه دادند. هواپیمای دوربرد – با طراحی ویژه BWB و انواع موتورهای مختلف.

این کنسرسیوم همچنین سایر فناوری‌های کاهش نویز مانند لبه عقب با «فلپ‌های کروگر» بهینه‌سازی شده یا موتورهای توربوفن دنده‌ای مدرن با نسبت زیادی از جریان هوای خارج از محفظه احتراق به جریان هوای جت اگزوز داغ را در نظر گرفت که به طور قابل‌توجهی نویز را کاهش می‌دهد.

شبیه سازی نویز – کاملاً ریاضی

چنین هواپیماهای جدید مسافت طولانی با حدود 400 مسافر در مقایسه با هواپیماهای معمولی چگونه عمل می کنند؟ اکنون تیم Empa نتایج خود را در مجله Aerospace Science and Technology منتشر کرده است. بر اساس قوانین فیزیک، کارشناسان شبیه سازی های نویز پروازهای بالای سر را – صرفاً مصنوعی با استفاده از برنامه های کامپیوتری – ایجاد کردند. آنها این شبیه‌سازی‌ها را در برابر ضبط‌های 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 آنها برای مقایسه با شبیه سازی های مفهومی هواپیمای جدید BWB استفاده کرد.

برای اینکه مشخص شود انتشار صدای هواپیماهای تجاری مختلف برای افراد هنگام پرواز چقدر آزاردهنده است، 31 نفر در سنین 18 تا 61 سال در آزمایش‌هایی با طراحی دقیق در AuraLab شرکت Empa شرکت کردند. شبیه‌سازی‌های فضایی از بلندگوهایی که دقیقاً چیده شده‌اند، شامل 36 پرواز بر فراز: برخاست و فرود انواع هواپیماهای معمولی و نوآورانه، 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 انعکاس صدا بر روی زمین است.

پس از آزمایش، آزمودنی‌های آزمایش پرسشنامه‌هایی را پر کردند که در آن برداشت‌های ذهنی خود را گزارش کردند – با استفاده از یک مقیاس 11 نقطه‌ای رایج و استاندارد شده از 0 برای «اصلاً ناراحت یا آزرده» تا 10 برای «بسیار آشفته یا آزرده‌شده». همچنین از آنها پرسیده شد که این رویداد صوتی مربوطه چقدر برای آنها آشنا به نظر می رسد.

به طور قابل توجهی میزان دلخوری را کاهش می دهد

نتایج: هواپیمای جدید BWB در بهترین حالت نسبت به جت 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 شده است. علاوه بر این، بررسی‌ها نشان داد که برخاستن از این نوع هواپیما تأثیری صوتی بر جای می‌گذارد که برای شرکت‌کنندگان کمتر آشنا به نظر می‌رسد – نشانه‌ای از ویژگی‌های آکوستیک غیرمعمولی که احتمالاً تأثیر مثبتی بر درک مزاحمت دارد.

البته، پیش بینی اینکه کدام نوع از هواپیماهای BWB در آینده غالب خواهد شد، با توجه به انواع احتمالی بسیار دشوار است. اما به گفته محقق Empa، Reto Pieren، یک چیز قطعی است. این متخصص آکوستیک می‌گوید: «بی‌تردید بیشترین سهم در کاهش سر و صدا ناشی از شکل هواپیما است که از صدای موتور به سمت پایین محافظت می‌کند، سایر فناوری‌های کاهش نویز تنها حدود 15 درصد از کاهش مزاحمت را تشکیل می‌دهند.»

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 پایان سال 2017 آغاز شد و بر فناوری های نوآورانه کاهش نویز برای پیکربندی هواپیما از سال های 2035 و 2050 تمرکز داشت. در مرحله اول، رویکردهای نوآورانه ای برای کاهش صدای هواپیما ایجاد شد در منبع ثانیاً، این پروژه با مفاهیمی برای کاهش مؤثر صدای موتور و سایر منابع نویز با استفاده از مواد جدید سروکار داشت. فن آوری های جدید منجر به طراحی یک جت آینده با بدنه بال ترکیبی شد. این پروژه در مقیاس بزرگ شامل 24 شریک از ده کشور اروپایی، از جمله دفتر ملی فرانسه و مرکز هوافضا (ONERA) و مرکز هوافضای آلمان (DLR) بود که پروژه را هماهنگ می کرد، دانشگاه رم III و EPFL. ARTEM به عنوان بخشی از برنامه افق 2020 اتحادیه اروپا تأمین مالی شد.