Как требуют - так и шумим!
Александр ВЕДЕРНИКОВ,
начальник отдела выходных устройств ОАО «Авиадвигатель»
Алексей АЛЕКСЕНЦЕВ,
заместитель начальника отдела выходных устройств ОАО «Авиадвигатель»
Введение в действие Главы IV Стандарта ИКАО законодательно утвердило ужесточение международных экологических требований к авиационной технике, и в частности, норм по шуму самолетов на местности. Для российских самолетов это означало повышение экологических требований и ограничение полетов, а значит снижение конкурентоспособности на мировом рынке авиаперевозок. Актуальной проблемой пермских двигателестроителей как создателей силовых установок для средне-и дальнемагистральной авиации стало приведение шумовых показателей самолетов, оснащенных ПС-90А в соответствие с международными нормами.
Двигатель ПС-90А устанавливается на несколько типов воздушных судов: Ил-96, Ту-204, Ту-214 и их модификации. Шум силовой установки является одним из определяющих в уровне шума самолета в целом. Двигатель ПС-90А проектировался с учетом обеспечения самолетами требований норм Главы 3 ИКАО, установленных еще в 90-х годах. Тогда система шумоглушения была выполнена на основе звукопоглощающих конструкций (ЗПК) первого поколения (однослойных металлических ЗПК) и позволяла самолетам гарантированно соответствовать требованиям Главы III Стандарта ИКАО по шуму на местности.
Исходная система шумоглушения имеет максимальную эффективность на основных частотах следования лопаток вентилятора и их гармониках.
Практически все узлы с ЗПК двигателя ПС-90А несут несколько назначений:
- образуют проточную часть канала наружного контура;
- являются узлами силовой схемы двигателя, на которых размещены другие детали, узлы и агрегаты двигателя;
- снижают шум.
При разработке и создании новой системы шумоглушения перед конструкторами стояла задача: узлы новой системы должны быть взаимозаменяемы с исходными.
Другим основным требованием при создании узлов с новыми ЗПК стало ограничение по габаритным и присоединительным размерам.
Переход от однослойных к двухслойным звукопоглощающим конструкциям (ЗПК второго поколения) позволил расширить полосу звукопоглощения практически без снижения эффективности на основных частотах следования лопаток вентилятора и их гармониках.
Проблему создания новых узлов с повышенной эффективностью звукопоглощения без значительного увеличения их массы можно решить, только используя полимерные композиционные материалы.
Конструкции на базе стеклопластика, углепластика и их комбинаций позволяют снизить вес и стоимость узлов с ЗПК по сравнению с металлическими аналогами. Например, комплект узлов системы шумоглушения с двухслойными ЗПК из металлических материалов весил бы на 150 кг тяжелее. Применение полимеров позволило сохранить на прежнем уровне массу узлов двигателей ПС-90А и его модификаций. Это означает, что коммерческая нагрузка самолетов Ил-96-300, Ту-204, Ту-214 не снижается.
Разработка, внедрение и серийное производство узлов двигателя с ЗПК второго поколения потребовало кооперации нескольких предприятий. Основным разработчиком узлов стало конструкторское бюро «Авиадвигатель».
Специалисты «ЦАГИ», «ЦИАМ» и «Авиадвигателя» обеспечили определение акустических и геометрических параметров ЗПК, проведя комплекс расчетно-экспериментальных работ, и определили параметры двухслойных ЗПК. Эта работа велась параллельно с определением параметров двухслойных ЗПК в воздухозаборнике силовой установки - ФГУП «ЦАГИ» и ОАО «АК имени С.В. Ильюшина».
ФГУП «ВИАМ» разработал и сертифицировал работоспособные материалы, а специалисты технологического института композиционных материалов (ФГУП «УНИИКМ») и Пермского завода «Машиностроитель» осуществили разработку технологии изготовления узлов из полимеров.
Серийные производители узлов: ФГУП ПЗ «Машиностроитель» стал создателем узлов из полимерных композиционных материалов, ОАО «Металлист-Самара» - узлов из металлических сплавов.
Установка узлов с двухслойными ЗПК на двигатели проводилась «Пермским моторным заводом».
Использованные для ЗПК новые композиционные материалы удовлетворяют требованиям по стойкости к воздействию внешних сред, требованиям прочности, требованиям по технологии изготовления и обеспечивают эксплуатацию до 120°С. Для тех участков, где эксплуатационные температуры достигают 350°С, и в настоящее время нет возможности установить узлы из полимерных композиционных материалов, разработаны металлические двухслойные ЗПК с промежуточным слоем.
Эта конструкция по сути представляет трехслойную, с акустической точки зрения, или шестислойную, с технологической точки зрения, конструкцию. Если рассматривать от потока, состав металлической двухслойной ЗПК с промежуточным слоем следующий:
- перфорированная оболочка;
- сотовый заполнитель, обеспечивающий высоту первой акустической камеры;
- перфорированная оболочка со степенью перфорации, позволяющая беспрепятственное прохождение звука ( звукопрозрачная оболочка);
- полость минимальной высоты;
- перфорированная оболочка;
- сотовый заполнитель, обеспечивающий высоту второй акустической камеры;
- глухая оболочка.
Подтверждение и корректировка акустических параметров системы шумоглушения в двигателе и воздухозаборнике проводились на открытом стенде ОС-5 ОАО "Авиадвигатель" в 2003-2006 годах. За указанный период на ОС-5 были испытаны:
- исходные системы шумоглушения для сверки с летными акустическими сертификационными данными;
- отдельные узлы с ЗПК второго поколения для оценки эффективности сиситемы шумоглушения (поэлементно);
- новая (модифицированная) система шумоглушения в двигателе и воздухозаборнике для подтверждения заявленных характеристик;
- различные комбинации исходных и новых узлов для оценки возможности дальнейшего снижения шума самолета.
Результатом комплекса работ по приведению в соответствие с нормами ИКАО по шуму силовой установки на базе ПС-90А стала сертификация самолетов семейств Ил-96 и Ту-204. Это значит, что перед авиакомпаниями, имеющими в эксплуатации самолеты с пермскими двигателями, открыты все воздушные пути мира без каких-либо ограничений.
