Научная работа поможет снизить шум сверхзвуковых авиалайнеров
Впервые российские исследователи смогли точно установить участки крыла сверхзвукового воздушного судна, которые производят максимальный шум при приземлении. Для этого была проведена детальная цифровая симуляция с применением мощных вычислительных ресурсов и созданием специального программного обеспечения для анализа акустики. Полученные данные помогли выявить ключевые конструктивные элементы, формирующие звуковое воздействие, и определить точное расположение основных источников шума.
Работу провели научные сотрудники Института прикладной математики имени Келдыша Российской академии наук совместно с Московским физико-техническим институтом. Они смоделировали воздушные потоки вокруг крыла модели сверхзвукового делового лайнера в посадочной конфигурации с активированными закрылками и предкрылками. Основной целью было не только измерить громкость звука, но и определить его происхождение.
Вычисления проводились на суперкомпьютерной системе «Ломоносов-2» с применением оригинального программного пакета NOISEtte. Процесс сбора информации занял десятки часов обработки. В работе использовались графические процессоры Tesla V100.
Для анализа распространения звуковых волн применен метод Фокса-Уильямса–Хокингса. Этот подход основывается на информации, полученной с контрольной поверхности вокруг крыла, исключая области со слишком сложными аэродинамическими процессами.
Результаты показали, что основной звук возникает из-за сложной структуры вихревых потоков. Наиболее интенсивное звуковое излучение зафиксировано в двух областях. Первая расположена у передней кромки, где нестабильные вихри образуются из-за особой формы предкрылка. Вторая находится у задней кромки, где пересекаются воздушные потоки от различных секций закрылков.
Определить источники помог метод акустической визуализации (бимформинг). Этот способ позволил создать карту шумов с указанием частотных характеристик. Анализ выявил преобладание дипольного шума на низких частотах (до 250 Гц) и монопольного – на высоких (от 1 кГц). Это имеет принципиальное значение, так как механизмы их возникновения различны, что требует разных подходов к снижению уровня шума.
Методика бимформинга доказала свою точность. Полученные с ее помощью частотные спектры хорошо коррелировали с результатами традиционных расчетов. Это открывает перспективы для использования данного подхода при решении других задач акустической локализации.
