Understanding Thrust Noise: Origins and Characteristics

إن الضوضاء الصدئة هي الطاقة الصوتية التي تولدها أساسا طائرة)٨٢١( ومحركات وأجهزة الدفع خلال جميع مراحل الطيران، وهي ليست صوتا واحدا بل مزيجا معقدا من مصادر متعددة: الضجيج من الطيف المنخفض الضغط، والضوضاء الحادة من المحرقة، والضوضاء الديكي من مراحل التردد العالي، والضوضاء من أعمدة الكم المتميزة التي تتفاعل مع النطاق المحيط.

ويزيد من فعالية الضوضاء العالية التي تُحدثها الطائرات المتبرعة بالطائرة، حيث يمكن أن تتسرب من خلال الثغرات والنوافذ والأبواب، ويصعب على المحركات ذات المستوى المنخفض البالغ 737 درجة، على النقيض من ذلك، التخفيف من حدة هذه الضوضاء التي تُعتبر أقل من ذلك، حيث أنها تنتقل بسهولة من خلال هياكل صلبة وتحفز على إحداث يقظة هيكلية تُعيد إشعاعها داخل الكوخْر.

كما أن طبيعة الضوضاء على الدفعات تتغير مع تحديد محركاتها وسرعة الطائرات والظروف الجوية، وأثناء الإقلاع والتسلق، تعمل المحركات في اتجاه عال، تنتج ضوضاء شديدة النطاق ذات نطاق واسع، وفي الرحلات البحرية، مع انخفاض الطاقة، تتحول الضوضاء إلى فطن ذي مستوى أدنى، وتشتمل التصميمات النمطي والنهج على تركيز أقل، ولكن يمكن أن تستحدث ترددات في الهواء الطلق تنتج ضوضاء حرارية واحدة.

الأثر على المسافرين

وقد تأثرت بيئة الضوضاء في الكابينة مباشرة براحة الراكبين، حيث أن البحوث التي أجرتها منظمات مثل منظمة الطيران المدني الدولي ومصنعي الفضاء الجوي قد أقامت صلة واضحة بين مستويات الضوضاء المرتفعة وزيادة الإجهاد الفيزيائي، والإجهاد الفيزيائي، والإزعاج، وعلى مستوى الضوضاء الذي يتجاوز 80 درجة مئوية، يجب على الركاب أن يرفعوا أصواتهم إلى مستوى الكون، مما يجعل التفاعل الاجتماعي صعبا ويسهم في العزلة.

ومن الناحية النفسية، كثيرا ما يشار إلى الضوضاء باعتبارها الشكوى الأولى في استقصاءات الركاب في الخطوط الجوية، إذ إن تصور الضوضاء ليس موضوعياً بحتة؛ بل هو محاكاة من عوامل مثل توقعات الركاب، وموقع المقاعد، ونوع الطائرات، والمقعد الذي يقع مباشرة بجانب المحرك (مثلاً، فإن الصفوف التي تقارب مؤخرة الطائرة 737) ستشهد مستويات ضوضاء أعلى بكثير من مستويات المقاعد في المستقبل.

ويتأثر أعضاء الطاقم بنفس القدر، إذ يجب أن يتصل المرشدون وصاحبو الرحلات الجوية بوضوح من أجل السلامة والخدمات، ففي حالة وجود قمرة مزعجة، يمكن أن تؤدي التحديات الصوتية إلى إعاقة الاتصالات اللاسلكية وتنسيق الطاقم، وقد أظهرت الدراسات التي تجريها إدارة الطيران الاتحادية أن ارتفاع مستويات الضوضاء يزيد عبء العمل والإجهاد، مما يؤدي إلى أخطاء، كما أن مضيفات الرحلات الجوية التي تقطع الممر لساعات معرضة لضجيج مستمر، مما قد يسهم في التسبب في إحداث أضرار في تحديد أولويات التصميم المهني.

وتظهر مجموعة كبيرة من المؤلفات العلمية، بما في ذلك research published in Ergonomics]، أن التعرض للضوضاء في كوخ الطائرات يمكن أن يرفع مستويات الكورتيسول، ويزيد معدل القلب، ويضعف الأداء المعرفي.() وتحيل الخطوط الجوية والمصنعات هذه الدراسات عند وضع أهداف داخلية للضوضاء ومعايير للتحقق.

استراتيجيات تصميم لخفض عدد الإصابات

ويتطلب خفض الضوضاء على الدفع نهجا متعدد الجوانب يجمع بين تكنولوجيا المحرك، والتكامل في الإطار الجوي، ومعالجة الكابينات، وتعالج كل استراتيجية طريقا مختلفا يدخل فيه الضوضاء إلى المقصورة: الضوضاء المحمولة جوا من خلال الجلد النسيج، والضوضاء التي تنقلها الهياكل من خلال الضوضاء والأقواس، والضوضاء المشتعلة من خلال تسربات والثغرات في الختم.

تناوب المهندسين وأجهزة الصنابير الصوتية

وتتماشى الناكسات المحركة مع الألواح الصوتية التي تستوعب الطاقة الصوتية قبل أن تشع بها، وتتألف هذه اللوحات من ورقة وجه ملتوية، ولبية لبيوت العسل، وصحيفة خلفية صلبة، حيث إن موجات الصوت تجتاز المتغيرات، فإنها تفقد الطاقة بسبب الاحتكاك الشديد داخل خلايا البيوت، وتُدرَب أجهزة التصفير الحديثة لاستيعاب النطاقات المضافية المحددة في آن واحد.

وبالإضافة إلى أجهزة الناتشيل، يطبق المهندسون البطانيات الصوتية حول قلب المحرك وخلف قنوات التبريد، وتستخدم هذه البطانيات مواد ألياف الكثافة العالية المزروعة في فيلم رقيق ومقاوم للحرائق، ويتم تركيبها بعناية لتجنب إضافة وزن يعوض مكاسب اقتصاد الوقود، وتُستخدم المفاضلة بين خفض الضوضاء والوزن على نحو دائم، حيث يزيد كل كيلوغرام من المواد المستخدمة في الوقود.

التنسيب الحرفي والتكامل مع الحاسوب الجوي

ومن أكثر الطرق فعالية للحد من الضجيج في المقصورة نقل المحركات بعيدا عن النسيج، وقد أدى هذا المبدأ إلى تصاميم البولون الناقصة من طراز بوينغ ٧٣٧، ووضع خطوط الطيران الأولى في الخلف، ولكن التصميمات الحديثة أخذت أبعد من ذلك، وقد وضع بوينغ ٧٨٧ دراملينر محركاته على خطوط محركية أطول، تشقق الأضواء التي تمتد إلى أعلى من المحركات.

واعتمد جهاز الإرسال الجوي نهجاً مماثلاً بشأن الـ A350، مع محركات مجهزة على أساس ثنائي مرتفع الجانب، بالإضافة إلى أن الـ A350#8217؛ وأجهزة الصمام المركبة توفر صمامات صوتية أفضل من الألمنيوم لأن المواد المركبة لها معامل راحة داخلية أعلى، ونتيجة لذلك، تكون مقصورة أكثر هدوءاً من طائرات الجيل السابق، وفقاً لـ [FL17]

سد الثأر والعزل

كما أن الضوضاء الصدئة لا تنقل عن طريق الجو فحسب، بل تنقل أيضا عبر الهيكل كهرس، كما أن الجبال المحركية، وأجهزة الدعم، وحتى إطارات التبريد يمكن أن تنقل ذبذبذبات منخفضة التردد داخل المقصورة، ولمكافحة ذلك، يقوم المهندسون بتركيب م امتصاصات الاحترار في نقاط حرجة على امتداد نظام الدمج بين الأجنحة والجسد.

وتستخدم كميات العزل التي تتكون من مواد غير عادية أو ذات طابع نقدي بين لوحة المحرك والهيكل الجناحين، وتحلل هذه الجبال من تذبذبات المحرك من بقية الإطار الجوي، وتخفض الضوضاء التي تنقلها الهياكل من 3 إلى 6 دبابات، وتُستخدم في بعض الطائرات نظم مراقبة الضوضاء النشطة في التعثرات الصوتية المنخفضة التردد.

الترميمات الهوائية

ويولد تدفق الهواء فوق محرك ناسيل والجناح نفسه ضوضاء يمكن إساءة تفسيرها على أنها ضوضاء للدفع، بينما تؤدي الطائرتان الغارتان والفصل والاضطرابات إلى إحداث صوت يشع في الكوخ، حيث يستخدم المصممون ديناميات السوائل الحاسوبية لتعظيم شكل الناسيل والبيلونات الصغيرة التي تُعد ضوضاء على الهواء الطلق للحد من الضوضاء الخفيفة.

كما يمكن أن تعيد أجهزة مايكروفان على شفتي ناسيل توجيه التدفق للقضاء على الضوضاء التي تُعدّل من شكلها الخبيث غير مرئي للمسافرين ولكنها تسهم في بيئة كابينة أكثر هدوءاً عبر نظام الطيران بأكمله.

Innovations in Cabin Interiors for Acoustic Comfort

وحتى مع أفضل علاج للمحركات، لا بد أن تدخل بعض الضوضاء إلى الكوخ، ويجب أن يتعامل التصميم الداخلي مع ما تبقى، وتميز الطائرات الحديثة أنظمة متقدمة لعزل الكابينات تتجاوز بكثير بطانيات الألياف من الطائرات القديمة.

أفرقة العزل المتعددة الطوابق

ولم تعد العزلة مادة متجانسة واحدة، فالتصميمات الحالية تستخدم نهجاً مطبقاً: طبقة خارجية كثيفة لحجب الضوضاء العالية التردد، وطبقة تفصل لمنع انتقال العدوى عن طريق الهيكل، وطبقة داخلية مخرفة لاستيعاب الارتداد داخل المقصورة، وهذه الألواح مصممة مسبقاً لضبط تركيبات الصمامات، بما يضمن وجودة ضيقة في الأوافذ الكهربائية(17).

وقد برزت مركبات الإيوجيل ذات الوزن الخفيف كمواد واعدة للجيل القادم من العزل، حيث يقدم الأيروجل، التي تبلغ 97 في المائة من الهواء بالحجم، أداء حراريا وصوتيا ممتازا في جزء من وزن المواد التقليدية، ورغم أنها لا تزال باهظة الثمن، فإن صناعات مثل يختبرون هذه المواد من أجل برامج الطائرات المقبلة .

رؤساء محررين ومصوتين

وفي حين أن الخطوط الجوية لا تشكل جزءاً من تصميم المقصورة في حد ذاتها، فإنها تقدم بشكل متزايد سماعات صوتية ملغية للصوت، ولا سيما في مقصورات أقساط، وتستخدم هذه الرؤوس مراقبة ضوضاء نشطة لإلغاء الطائرة الآلية المستمرة المنخفضة التردد من المحركات، مما يتيح للمسافرين التمتع بالتسلية أو الاستراحة في صمت قريب، وتُدرج الآن بعض أجهزة الاستراحة في منطقة الأذن ذات الترددات المتوسطة(10).

الهندسة المعمارية والمواد

ويؤثر اختيار المواد الداخلية على تردد الضوضاء، فالأسطح المتفائلة مثل البلاستيك والمعادن تزيد من تراكم الصوت، بينما تؤدي المواد غير الملزمة مثل النسيج والرغوة والسجادة إلى استيعابه، وتستعمل تصميمات الكوخ الحديثة لوحات مشبعة على صناديق الرؤوس الزائدة والجدارات الجانبية التي تسمح باستيعاب الصوت من خلال الدعم المادي.

ويجب أن يتم إدماج هذه المواد مع الحفاظ على السلامة من الحرائق، والوزن، ومعايير القابلية للاستمرار التي يضعها منظمون مثل وكالة الطيران المدني الدولي ووكالة المحاسبة الدولية، وحسن التصميمات الصوتية توازن هذه القيود بهدف إيجاد تجربة للركاب تشعر بالهدوء والراحة.

الإطار التنظيمي والمعايير الصناعية

ولا تقتصر مسألة التضليل في كابينات الطائرات على مجرد مسألة راحة؛ فهي تخضع بشكل متزايد للرقابة التنظيمية؛ كما أن المنشور الدوري الاستشاري AC 20-133 يحدد مستويات ضوضاء مقبولة لطائرات النقل أثناء إصدار شهادات من نوعها، وفي حين أن التركيز الرئيسي على الضوضاء الخارجية لحماية المجتمع المحلي، فإن الضوضاء الداخلية تعالج بصورة غير مباشرة من خلال متطلبات الاتصالات مع الطاقم (الجزء 91، الجزء 121).

(أ) أوروبا(ب) 8217؛ والبيئة التنظيمية أكثر صرامة؛ وقد أصدرت وكالة سلامة الطيران التابعة للاتحاد الأوروبي CS-25، التي تقتضي ألا تتجاوز مستويات الضوضاء الكابينة 85 درجة مئوية خلال أي حالة تشغيل عادية، بهدف 75 درجة مئوية للرحلات الجوية الطويلة الأجل، وهي بمثابة أهداف تصميمية للمصنعين.() وتُستخدم الخطوط الجوية التي لا تستوفي هذه المعايير في خطر عدم الامتثال والقيود التشغيلية المحتملة.

كما ضغطت مجموعات الدعوة للمستهلكين على شركات الطيران للكشف عن مستويات الضوضاء في أدوات التسويق واختيار المقاعد، فبعض الناقلين، مثل الخطوط الجوية السنغافورية والخطوط الجوية القطرية، ينشرون الآن طواعية خرائط ضوضاء لطائراتهم ويساعدون الركاب على اختيار مقاعد أكثر هدوءا، ومن المرجح أن يزداد الضغط من أجل الشفافية مع توافر المزيد من البيانات من خلال أجهزة ركاب مثل الساعات الذكية، التي يمكن أن تكون مستويات صوتية قريبة.

دراسات الحالة: طائرة هادئة في الخدمة

وكثيراً ما يُستشهد بموجة السفينة " بوينغ 787 " (Dreamliner) بوصفها أصمت الطائرات التجارية في صفها، وتخفض محركها المركبة من الصمامات الصوتية من 4 إلى 5 ميغابايت مقارنة بالألومنيوم، بينما تقل المحركات المُعادَلة وخطوط الأنسجة المتقدمة مستوى الصوت الإجمالي إلى نحو 72 إلى 76 درجة مئوية أثناء الرحلة، وفقاً لـ ] بيانات أعلى من المعدل القياسي للشحنات: 8217؛

ويقدم برنامج " إي 350 " أداء مماثلا، حيث تدني مستويات الضوضاء في الكابينات بمقدار 70 درجة مئوية في القسم الأمامي، كما يتضمن نظاما فريدا لمراقبة الضوضاء السلبية يستخدم الهيكل المركب 10#8217؛ ويضم التحلل الطبيعي إلى جانب الألواح الملوَّثة تحت الأرض، وتبين من دراسة أجراها المركز الألماني لشؤون الفضاء الجوي أن الركاب في الرحلة A350 أبلغوا عن 20 في المائة.

وفي الجزء المتعلق بالمجموعات الضيقة، يستخدم برنامج " إيربوس " A220، الذي صممه في الأصل بومبارديه، تصميماً لصفائح نظيفة بمقياس 328 متراً (10.8 أقدام) من الأسلاك الثابتة في كابينة ومتقدمة من طراز برات وويتني PW1500G موجهة نحو محركات توربوفان، ويقلل الهيكل الموجه بدرجة كبيرة من ضوضاء المروحية من خلال السماح للطيرة بتناوب على سرعة أبطأة أكثر بطئاً وكفاءة().

الاتجاهات المستقبلية في إدارة نواز الصدأ

(ج) إن البحث الجاري يهدف إلى دفع الضوضاء الكابينة إلى أدنى حد، فالتكرير والضغط المغناطيسي يعدان بتقليل الضوضاء في المصدر، وعدم وجود غرفة حرق مشتعلة وتوربين سيزيلان أعلى مكونات الضوضاء، غير أن المحركات الكهربائية وصناديق التروس تستحدث توقيعات ضوضاء خاصة بها، فضلاً عن ضوضاء المعجبين المبردة من مجموعات البطاريات.

ويجري تطوير أدوات القياس والبنى المسببة للتردد المحلي لاستخدامها في الألواح التي يمكن أن تحجب الضوضاء المنخفضة التردد دون زيادة الوزن، وتستخدم هذه المواد الهندسية صفائف من أجهزة الصمامات لخلق شبكات توقف في طيف النقل، وقد أمكن لفرقة تزن نفس اللوحة التي تم اختبارها أن تحجب 10-15 دي بيزو المزيد من الضوضاء في الترددات التي تقل عن 500 هرتز، ولكن لا تزال تظهر بعد عدة سنوات.

وقد تؤدي الاستخبارات الفنية دورا أيضا، ويمكن لنماذج التعلم في مجال الآلات أن تتنبأ بتكاثر الضوضاء من خلال هيكل طائرات، وأن تقترح أماكن أفضل لمواد التخصيب، مما يقلل من الحاجة إلى نماذج أولية مادية، وتختبر بعض شركات الطيران نظم الرصد في التحليق التي تعدل الظروف النشطة لمراقبة الضوضاء في الوقت الحقيقي استنادا إلى دفعات المحرك وسرعات الهواء، وتخلق مقصورة هادئة ديناميا.

وأخيرا، ستستمر توقعات الركاب في التطور، حيث إن صناعة الطيران تتحرك نحو تجربة أكثر شخصية وأكثر توجها نحو الرفاهية، ستكون إدارة الضوضاء مفرقّة رئيسية، فالخطوط الجوية التي تستثمر في تصميم الصوتيات المتقطعة لن تفي بمتطلبات التصديق فحسب، بل ستبني أيضا الولاء بالعلامات التجارية من خلال تجربة سفر متفوقة.

وفي الختام، فإن ضوضاء الدفع تشكل تحديا أساسيا في تصميم كوخ الطائرات، مما يؤثر على راحة الركاب، وعلى أداء الطاقم، والتفريق التنافسي، ومن خلال مزيج من تكنولوجيا المحركات، وتكامل الأطقم الجوية، والعزل المتقدم، والمواد الداخلية المبتكرة، حققت الطائرات الحديثة تخفيضات كبيرة في الضوضاء، وسيستمر الضغط التنظيمي والطلب الاستهلاكي في دفع التقدم، والجيل القادم من الطائرات الكهربائية والمهجنة في تحقيق تعاون بين المهدنين الجدد في الرحلات الجوية.