23 مه 2023 -توسط دانشگاه بریستول-پروانه در تونل باد. اعتبار: لیام هانسون
اثرات زمین بر صدای پروانه برای اولین بار توسط محققان تیم تحقیقاتی Aeroacoustics در دانشگاه بریستول به صورت تجربی اندازه گیری شده است.در یافته‌هایی که در مجله صدا و ارتعاش منتشر شد، تیم متوجه تفاوت‌های واضحی در ویژگی‌های نویز پروانه‌ها در هنگام استفاده از روی زمین، که به عنوان «اثر زمین» شناخته می‌شود، در مقایسه با زمانی که به طور معمول کار می‌کنند، یافتند. آنها به افزایش کلی نویز هنگام اندازه گیری در زوایای بالاتر از سطح زمین اشاره کردند، با اثرات متقابل هیدرودینامیکی و صوتی که یک عامل کلیدی برای روند کلی نویز است.
امید است این تحقیق که در تأسیسات تونل باد هوا-آکوستیک ملی آزمایش شده است، بتواند راهبردهایی را برای کاهش صدای هواپیما در هنگام برخاستن یا فرود، با تغییر طراحی سکوهای فرود یا با تغییر طراحی معماری پیشنهادی هواپیما، ارائه دهد.
لیام هانسون، نویسنده اصلی این مقاله توضیح داد: «با توجه به نیاز به هوانوردی سبزتر، فشارهایی در صنعت هوانوردی برای توسعه هواپیماهای برقی وجود داشته است.مزایای بالقوه زیادی از هواپیماهای الکتریکی وجود دارد که توسط شرکت‌های مختلف در سراسر جهان، از جمله تمام تولیدکنندگان بزرگ هواپیما، شناسایی شده‌اند.با این حال، اگر قرار است خدمات هوایی شهری مانند تاکسی‌های هوایی درخواستی در محدوده شهر به واقعیت تبدیل شود، مهندسان باید با موضوع آلودگی صوتی تولید شده توسط ملخ‌ها مقابله کنند.
زیرمجموعه مهمی از هواپیماهای الکتریکی که اخیراً در حال توسعه هستند، برای اهداف تحرک هوایی پیشرفته (AAM) هستند. این هواپیماها را می توان به طور کلی در سه دسته مختلف در نظر گرفت.
اولین مورد، هواپیمای برخاست و فرود عمودی الکتریکی (eVTOL) است که بر برنامه‌های تحرک هوایی شهری (UAM) مانند تاکسی‌های هوایی، انتقال بیماران، سفرهای از پشت بام به پشت بام در داخل شهرها و ترانسفر فرودگاهی تمرکز دارد.
دسته دوم هواپیماهای برخاست و فرود معمولی الکتریکی (eCTOL) هستند که برای تحرک هوایی منطقه ای (RAM) در حال توسعه هستند. RAM بر تحویل محموله، پروازهای کوتاه برد و جابجایی مسافران از مناطق روستایی تمرکز دارد.
متداول‌ترین هواپیماهای الکتریکی، سیستم‌های هواپیمای بدون سرنشین کوچک (sUAS) یا پهپادها را می‌توان دسته سومی دانست که بر فیلم‌برداری، تحویل بسته‌های کوچک و انتقال تجهیزات پزشکی تمرکز دارد.
هر یک از این دسته از هواپیماهای الکتریکی اغلب از پروانه یا ملخ و روتور برای ایجاد نیروی رانش برای بلند شدن و فرود استفاده می کنند. بسیار مهم است که هواپیماهای eVTOL در مناطق شهری با جمعیت زیاد کار می کنند و در نتیجه سر و صدای تولید شده توسط هواپیما برای درک و کاهش در صورت امکان UAM ضروری است.
ملخ های استفاده شده توسط هواپیما کوچکتر از هلیکوپترهایی هستند که سال ها مورد استفاده قرار می گرفتند، معمولاً از نظر قطر بسیار کوچکتر و با سرعت های بالاتر می چرخند. در نتیجه ویژگی های نویز با دانش موجود بسیار متفاوت است و بنابراین تحقیقات بیشتری مورد نیاز است.
در حالی که هواپیماهای eVTOL و sUAS از روی پشت بام یا سکوی فرود برمی‌خیزند یا فرود می‌آیند، پروانه‌ها احتمالاً اثر زمینی را تجربه می‌کنند، پدیده‌ای آیرودینامیکی که عملکرد ملخ‌ها را تغییر می‌دهد.
این تغییر در آیرودینامیک پروانه در Ground Effect عملکرد صوتی پروانه ها را تغییر می دهد و باعث ایجاد فعل و انفعالات پیچیده می شود.
لیام گفت: «تاکنون هیچ ادبیاتی برای مشکل صدای پروانه ایزوله در اثر زمین وجود نداشت.
“تحقیق ما برای اولین بار به دنبال پاسخ به این بود که چه اتفاقی برای سر و صدای پروانه هنگام کار در زمین افکت می افتد و فعل و انفعالات آکوستیک و آیرودینامیکی کلیدی که درک آنها بسیار مهم است.ما برای اولین بار به طور جامع صدای پروانه های کوچک مقیاس را در هنگام برخاستن و فرود در هنگام تعامل با زمین اندازه گیری کرده ایم. واضح است که در صورت تعامل پیچیده با زمین، می توانیم انتظار هواپیماهای eVTOL در هنگام برخاستن و فرود را داشته باشیم. در نظر گرفته نمی شوند.”
بر اساس درک جدید آنها از نویز پروانه در Ground Effect، آنها اکنون در حال انجام آزمایش های اضافی بر روی روش های مختلف برای کاهش بالقوه نویز کل سیستم هستند.
