תכנון טכנולוגיות למבצעי טיהור אווירי

האתגר האקטי של ניידות אווירית עירונית

ניידות אוויר עירונית (UAM) מבטיחה לתחבורה עירונית על ידי העברת התנועה בכבישים מתפתלים אל השמיים. Electric Takeoff ו הנחיתה אנכית (eVTOL) לעמוד במרכז של טרנספורמציה זו, המציעה נסיעות מהיר, נקודה לנקודה עם אפס פליטות תפעוליות. אבל, אחד המכשולים המשמעותיים ביותר לפרריסה אינה אפשרית טכנית, טווח סוללות, או חלל אוויר, אלא אינטגרציה מהירה, אך ורקמות גדולות, יכולות לפעולת יערות, בטווח הארוך, בטווח הארוך, כדי ליצור טמפרטורות גבוהות יותר, אך ורק ברעשים עירוניים, בטווח הארוך, בטווח הארוך, בטווח הארוך, אך ורק בתיבת קולטרנטים, בטווח הארוך, בטווח הארוך, בטווח הארוך, בטווח הארוך, לפני שבתוך מרכזי, בתיבת קולאקדמיית, בתיבת קולאקדמיות, בטווח הארוך, בטווח הארוך, מול דחוסים, מול דחוסים, מול , מול , רקמות, מול , מול מסילות אווירי קולאקדמיות, מול דחוסים, מול , רקמות, מול דחוסים, רקמות, רקמות, בטווח הארוך, מול , מול מסילות אווירי תיבות של תחנות כוח מושבעים, רק בתחנות הפעלה רחב יותר, רק בתחנות מהירות, רק כדי להפעיל דחוסים, רק

רעש ממטוסי eVTOL שונה באופן יסודי מזו של מסוקים קונבנציונליים. בעוד מסוקים מייצרים קידוד נמוך ייחודי הנגרמ על ידי הלהב-vortex אינטראקציה, עיצובים eVTOL לעתים קרובות תכונה הנעה חשמלית עם מספר רב של רוטורים קטנים מסתובבים במהירויות שונות.תצורה זו יוצרת ספקטרום רחב של חתימות אקוסטיות, שחלקם יותר מעצבן להקשיב בני אדם מאשר רכילות פשוטה להציע מחקרים אוויריים של נאס"א ו-ל באופן עצמאי (L) לרכיבים של ⁇ אווירית (Ricol) ו-L) ו-L) אשר מייצגים ⁇ ם באופן עצמאי (RRCL) ו-L) אשר גורם מרכזי (Ricol-L) אשר מייצגים ספקטרום רחב של כל רכיבי ID) ו-Ricold) ו-L (Ricol-L) ו-Ricol-Ricol-R.

מהנדסים ומעצבים חייבים לנקוט בהפחתה של רעש לא רק כשמדובר במגבלות רגולטוריות, אלא גם כתנאי מוקדם לקבלת הקהילה.פעולות eVTOL שקט אינן אופציונליות.הם הבסיס שעליו כל מערכת האקולוגית של UAM תהווה.הסעיפים הבאים לבחון את מקורות הרעש העיקריים ואת אסטרטגיות העיצוב המועסקות כדי לצמצם אותם.

לסקירה רחבה יותר של הנוף הרעש של UAM, הקוראים יכולים להתייעץ עם מחקר של נאס"א על רעשי אוויר עירוניים.

מקורות EVTOL Noise

ירידה יעילה של רעש מתחילה בהבנה מדויקת של המקום וכיצד נוצר רעש. eVTOL מציג מקורות אקוסטיים רבים, כל אחד דורש גישות מידבקות שונות.

רוטר ופיץ'רודינמיקה

מקור הרעש הדומיננטי עבור רוב התצורה של eVTOL הוא רעש אווירודינמי ממסתובבים ומדוחנים. as להבים לסובב, הם אינטראקציה עם האוויר שמסביב, ומייצרים תנודות לחץ שמפיץות כצליל.

(FLT:0)Blade-Vortex אינטראקציה (BVI)FLT:1 מתרחש כאשר להב רוטר עובר דרך קצה vortex לשפוך על ידי להב הקודם. אינטראקציה זו מייצרת דופקים לחץ חד המתבטא כצליל סטירה האופייני שנשמע מסוקים. in eVTOL עיצובים עם סטרודור צמוד, BVI יכול להיות מורכב יותר כי טורפים מרובים ממופעים עם קורקורד אחד עם השני עם השני עם קווי אוויר.

(FLT:0) , 000 קוצר רוח גואה 1 (Turbulence Ingestion Noiseph:1) עולה כאשר רוטורים פועלים בזרימת אוויר מופרעת. במהלך ההמראה והנחתה, מטוס eVTOL טס דרך זעזועים של אפקט הקרקע, הבניין מתעורר, ושכבת גבול אטמוספרית שכבת גבול אטמוספירית (ברכה) מומרת לטעינה לא יציבה, אשר מקרינה רעש רחב על פני טווח רחב.

(ב) ,0) ,Til Edge ו טיפ NoiseFLT:1 התוצאה של זעזוע שכבת גבול העובר מעל קצה השביל של הלהב ומזרם המורכב בקצה הלהב.מקורות אלה מייצרים רעש גבוה ⁇ שיכול להיות מעצבן במיוחד לאוזניים אנושיות.

חשמלאי ויריבים מכניים

בניגוד למטוסים קונבנציונליים, עיצובי eVTOL מסתמכים על מנועים חשמליים, מופנים ואביזרים המייצרים חתימות אקוסטיות משלהם. מנועים חשמליים מייצרים רעש כללי בתדרים מוטוריים ורעש פס רחב מכוחות אלקטרומגנטיים. Gearboxes, הכרחי עבור כמה ארכיטקטורות מופצות מבוזרות, לייצר תדרים אופייניים ונזקים שלהם.

מערכת ההפעלה Airframe Noise

מסגרת האוויר עצמה תורמת לחתימה הרעש הכוללת, במיוחד בעת הנחיתה והמראה כאשר משטחים שולטים, ציוד נחיתה וקווי חללים מבניים אינטראקציה עם זרימת האוויר. פערים, פתחי סלאט, ובארות גלגל מייצרים מקורות רעש מקומיים, בעוד שרק קטנים באופן אינדיבידואלי, משלבים כדי להעלות את הרמה האקוסית הכוללת.

אסטרטגיות עיצוב עבור Noise Reduction

התייחסות למקורות הרעש המגוונים הללו מחייבת גישה רב-שכבתית של עיצוב אווירודינמיקה, הנדסה של חומרים, בקרה פעילה ותכנון תפעולי.שום טכנולוגיה אחת לא יכולה לפתור את בעיית הרעש לבדה.

עיצוב רוטר ו-Proeller

גיאומטריה רוטר מפעילה את ההשפעה היחידה החזקה ביותר על פליטות רעש.פרמטרים עיצוביים מרובים מתאימים לחתימות אקוסטיות נמוכות יותר:

(FLT:0)Blade Twist and PlanformFLT:1 אופטימיזציה מאפשר למהנדסים להפיץ טעינה לאורך טווח הלהב באופן הממזער תנודות לחץ לא יציבות. Nonlinear Twist Distributions, בהשראת הסתגלות של כנף ינשוף, יכול להפחית רעש BVI עד 5 dB בהשוואה לעיצובים קונבנציונליים.

(FLT:0) מניעת סריקות ו- Trailing Edge BrushesFLT:1 משבש את קוהרנטיות של שכבת הגבול לפני שהם קורנים כצליל.תכונות ביומיות אלה, מודל לאחר הסתגלות הטיסה השקטה של תנשופים, הראו ירידה של 2 עד 4B בבדיקות מנהרות.

(FLT:0Variable Rotor SpeedFLT:1) מציע מנוף חזק לירידה רעש על פני שלבים שונים של טיסה. במהלך השייט, רוטורים יכולים לפעול ב- RPM נמוך יותר מאשר במהלך ההמראה, לסחור כמה יעילות propulsive עבור ירידה משמעותית רעש.מאז רעש אווירודינמיקה מקנה בערך עם הכוח השישי של מהירות טיפ, ירידה של 20% ב-RPM יכולה להניב 6 להפחתה מהירה של חומרים אלה.

(FLT:0) Overlapping ו Interleaved Rotor ConfigurationsFLT:1 בארכיטקטורה coaxial או tandem יכול להשתמש בהפרעה הרסנית כדי לבטל תדרי רעש ספציפיים. על ידי הדגשה בזהירות הסיבוב של רוטורים סמוכים, מהנדסים יכולים לשנות אנרגיה אקוסטית הרחק מן הלהקות התדירות המעצבנות ביותר.טכניקה זו דורשת סינכרוניזציה מדויקת ויעילה ביותר כאשר משולב עם שליטה אישית.

Sound-Absorbing and Damping Materials

בקרת רעש עוברית באמצעות חומרים מציעה דרך משלימה לאופטימיזציה של רוטטור.האתגר עבור יישומי eVTOL הוא להשיג ספיגה משמעותית ללא תוספת משקל אסרטיבי.

(FLT:0) LinersFLT:1 ⁇ על בסיס עקרונות ה- Helmholtz ניתן לשלב בתוך קירות דו-הרץ וערוצי אינלט.השורה הזו מורכבת מערים קטנים המחוברים אל פני השטח באמצעות סטיות, מכוון לספוג טווחי תדר ספציפיים, טכניקות ייצור תוספים מודרניות של תוספי ייצור של קושרים מטופחים מקודמים, אשר סופגים רוחב פס רחב יותר מאשר עונשים מסורתיים יכולים להיות בטווח של 5B של 52.

(FLT:0) מבנה כריך משלים משותף של כריכת ספר: 1) משלב נוקשות מבנית עם ספיגה קולית. על ידי שילוב קצף פתוח או שכבות פיברטוס לתוך הליבה של לוחות מורכבים, מעצבים יכולים ליצור משטחים נושאי עומס כי גם אנרגיה אקוסטית לחות.

(FLT:0)Consated Layer Damping (CLD)BuildFLT:1 טיפולים החל לוחות משטחים העור להמיר אנרגיה רטט לתוך חום באמצעות רפורמציה של Shear בשכבה מולקולסטית. CLD הוא יעיל ביותר להפחית רעשים מולדים מבניים ממנועי מנועים ותיבת הילוכים, למנוע רטטים מכניים מקרינה כצליל ממסגרת האוויר.

המרכז האווירי הגרמני (DLR) פרסם מחקר מקיף על טיפולים אקוסטיים קלים עבור יישומים של eVTOL. ניתן לבדוק את ממצאיהם ב-FLT:0DLR's Urban Air Mobility Program for eVTOL:1.

מערכות בקרה Active Noise

בקרת רעש פעילה (ANC) משתמשת גלי קול שנוצרו באופן אלקטרוני כדי לבטל רעש לא רצוי באמצעות התערבות הרסנית, בעוד ANC הוקמה היטב עבור אוזניות ותאריות רכב, היישום שלה ל- eVTOL מציג אתגרים טכניים משמעותיים.

(FLT:0) למערכות ANCFLT:1 משתמשים במיקרופוןי ההתייחסות ליד מקור הרעש כדי לחזות את שדה הקול, ולאחר מכן לנהוג רמקולים משניים לייצר אנטי- רעש רוטר, אשר הוא זמני וצפוי, מערכות להאכיל קדימה יכול להשיג 10 עד 15 dB של ביטול בתדרים להב ואת הנזקים שלהם.

מערכות ANCFLT 1 משתמשות במיקרופוןי שגיאה באזור היעד והתאמה מתאימה לאות האנטי-נוז מבלי לדרוש התייחסות.מערכות אלה פשוטות יותר ליישום אך הן בדרך כלל מוגבלות לתדרים נמוכים יותר ולפסיבי רוחב פס היברידיים צרים יותר.

(FLT:0)Structural ANCFLT:1 , שימוש בפודיאטודורים אדזואלקטריים המחוברים לפאנלים של מסגרת האוויר כדי לבטל את הרטטים מבניים לפני שהם קורנים כצליל. גישה זו מבטיחה במיוחד לצמצום רעש התא מרטטים מוטוריים ו- הילוכים פגומים.

נתיב טיסה ואופטימיזציה תפעולית

הפחתה של רעש היא לא רק עניין של עיצוב חומרה.כיצד מטוס eVTOL טס יש השפעה גדולה על טביעת הרגל האקוסטית שלו ברמה הקרקעית.

(FLT:0)Glide Slope ו-Beang ManagementveFLT:1) יכול להפחית באופן משמעותי את החשיפה לרעש עבור קהילות ליד מרפסות גישה סיגנל לשמור את המטוס בגובה גבוה יותר במשך זמן רב יותר, צמצום אזור החשיפה לרעש הקרקעי הקרקע.מחקרים מצביעים על כך שגישה של 6 מעלות במקום מדרון 3 מעלות צלזיוס טיפוסי להפחית את אזור הרעש של 65B עד 40%, עלולים להגדיל את הביקוש להורדת כוח נמוך יותר.

(FLT:0) cceleration and Deceleration פרופילsFLT) 1:1 להשפיע על רעש באמצעות שינויים טעינה רוטטור. Smooth, פרופילי האצה הדרגתיים מייצרים פחות רעש מאשר תמרונים אגרסיביים כי הם נמנעים עלייה מתמשכת בהטעינה להב.מערכות ניהול טיסה אוטונומית ניתן לתכנן עם פרופילים מפרש רעש, אשר ממאזן שיקולים אקוסטיים עם לוח זמנים ויעילות אנרגיה.

(FLT:0) מגבלות זמן ו- Noise QuotasFLT:1 הם אמצעים מבצעיים שיכולים להשלים את הפחתת רעשים טכנולוגיים.על ידי הגבלת פעולות eVTOL בשעות הלילה או באזורים שקטים, המפעילים יכולים לשמור על קבלה קהילתית תוך מתן טכנולוגיה לבוגר.חלק מהמסגרות הרגולטוריות המוצעות כוללות תקציבי רעש מצטברים המגבילים כל מפעיל אנרגיה אקוסטית יכולה לספק לקהילה לאורך תקופה נתונה.

אופטימיזציה של חשמלאי

מערכת ההנעה החשמלית עצמה מציעה הזדמנויות לירידה ברעש באמצעות בחירות עיצוב ברמה של הרכיב.

(FLT:0Motor Winding Pattern Optimization: 1) יכול להפחית את הרמוניות הכוח האלקטרומגנטי המייצרות רעש כללי. Fractional-slot מרוכז רוחות, תוך מתן יתרונות ייצור, נוטים לייצר רמות רעש גבוהות יותר מאשר מפצילים רוח מבוזרים.מהנדסים מפתחים תבניות רוח היברידית אשר מאזן ביצועים אקוסטיים עם צפיפות כוח וניהול תרמי.

(FLT:0)Pulse Width Modulation (PWM) אסטרטגיה אסטרטגיה 1FLT:1 משפיע על רעש מוטורי כי תדירות המעבר של inverter מייצרת ציטוט אלקטרומגנטי.על ידי הפצת תדירות המעבר בטווח, או באמצעות טכניקות PWM אקראי, הרכיבים הכליים של רעש מוטורי ניתן להמיר לקול רחב פחות.

(FLT:0Gearbox Design OptimizationFLT:1 עבור הפחתה רעש כולל פרופילים ציוד הלייקאלי, משטח השן מתקדם מסתיים, ועיצובי דיור כי בידוד רטטים. עבור תצורה eVTOL שימוש הילוך מופחת, ירידה רעש של 3 עד 5 dB הם בשפע באמצעות אופטימיזציה ודיוק.

סיקור ו-Financition

הפחתה של רעש היא לא רק מטרת עיצוב; היא יותר ויותר דרישה רגולטורית. רשויות התעופה ברחבי העולם לפתח תקני אישור רעש במיוחד עבור מטוס eVTOL, וסטנדרטים אלה יעצבו את הרכישות של חברות התעופה שיש לבצע.

FAA ו-EASA Noise Standards

מינהל התעופה הפדרלי (FAA) וסוכנות הבטיחות של האיחוד האירופי (EASA) יזמו את תהליכי ייצור עבור אישור רעש EVTOL.FAA הציע להתאים את תקני הרעש הקיימים עם התאמות למאפיינים הייחודיים של מטוס eVTOL, כולל ריכוזים תפעוליים נמוכים יותר והגדרות הנעה מבוזרות.EASA נקטה גישה יותר, קביעת נהלים ספציפיים למדידה ומגבלות על בסיס תנאי עבור מטוס VTOL מיוחד.

אתגר מרכזי עבור הרגולטורים הוא כי מדדי רעש מסורתיים, כגון רמת החשיפה הקול (SEL) ו decibels במשקל A-משקל, עשויים לא ללכוד את ההיבטים של רעש eVTOL הגורם להרגיז ביותר.מחקר הראה כי מדדים המשלבים תוכן כללי, amplitude Modulation, ומשך לספק מתאם טוב יותר עם התגובה האנושית.

בעלי העניין בתעשייה יכולים לעקוב אחר מסגרת הרגולציה המתפתחת באמצעות FLT:0 (אתר רעש המטוסים של FAA) 1 (באתר רעש מטוסים של FAA).

הערכת השפעה

מעבר להסמכת, הערכות השפעה רעש עבור אישורים לרישום בפועל דורשות מודלים מתוחכמים של הפצת רעש מטוסים בסביבות עירוניות.מודל זה חייב לקחת בחשבון עבור בניית השתקפות, ספיגת אטמוספרית, ואת המאפיינים כיוון של מקורות רעשים רבים.

תכנון תאימות רעש, אנלוגי לגישה המשמשת שדות תעופה, יהיה חיוני עבור ריצוף אמיתי.תהליך התכנון הזה כרוך בהגדרת אזורי חשיפה רעש, הקמת הנחיות תאימות הקרקע, ומעורבות עם קהילות מושפעות.הצלחתן של תוכניות UAM בערים ברחבי העולם תהיה תלויה במידה רבה על הקפדה ושקיפות של הערכות השפעה רעש אלה.

כיוונים עתידיים וטכנולוגיות מתפתחות

תחום הפחתת רעש eVTOL מתקדם במהירות, עם כמה טכנולוגיות מתפתחות התחייבו לספק שיפורים נוספים בשנים הקרובות.

למידה מכונות עבור Noise חיזוי ואופטימיזציה

מודלים של למידת מכונות שהוכשרו על נתונים גדולים של מדידות רעש רוטורי יכול לחזות את החתימה האקוסית של תוכניות עיצוב חדשות של סדרי גודל מהר יותר מאשר דינמיקות מסורתיות של נוזל חישובי.מודלים אלה מאפשרים למהנדסים לחקור חללי עיצוב עצומים לזהות תצורה אשר מאזן רעש, ביצועים ומשקל. אלגוריתמים למידה של כוח מחדש משמשים גם לשליטה בזמן אמת רעש, ומאפשרים מערכות פעילות להסתגל לתנאי טיסה משתנים וללבוש מצבים.

פלאסמה Actuators לשליטה ב Flow control

דיאלקטרי מפרשי מחסום (DBD) פלזמה Actuators יכול לשנות את זרימת האוויר על להבים ורדוף של מערכת האוויר ללא חלקים נעים.על ידי הפעלת שכבת הגבול, פועלי פלזמה יכולים לעכב הפרדה זרימה, להפחית את הבלבול בgestion, ולשנות מנגנוני רעש פורצי דרך קצה פלזמה, בעוד הטכנולוגיה נשארת בשלב מחקר מוקדם, ניסויים מעבדה הראו כי יש ירידה של עד 8B בתנאים של יכולת פעולה, אך פעולה אלקטרו-אטומית, אך היא משמעותית של צריכת מטוסים.

חומרים מזינים וקליקים אקוסטיים

metamaterials אקוסטי, מבנים ממונדסים כי מניפולציה גלי קול בדרכים לא אפשריות עם חומרים קונבנציונליים, מציעים גבול חדש עבור שליטה רעש. metamaterial קורס יכול להשיג ספיגת אורכי עמוק, כלומר הם יכולים להיות הרבה יותר דק מאשר קולטנים מסורתיים עבור אותו טווח תדירות. Acoustic גלימה מושגים, אשר לנווט גלי קול סביב מכשול ולא לשקף או לספוג אותם, יכול להפחית את החת הרעש של כל האפליקציות המעשיות עבור מספר שנים מבטיחות.

ניהול רעש: A Systems Perspective

בסופו של דבר, השגת פעילות eVTOL שקטה דורשת גישה ברמת מערכות המשלבת את כל האסטרטגיות המתוארות לעיל. הפחתה רעש לא ניתן לייעל בבידוד ממטרות עיצוב אחרות, כי עסקאות בשפע.לדוגמה, קושרים אקוסטיים מוסיפים משקל, אשר מפחיתה עומס או טווח מערכות בקרה Active רעש צורכת כוח חשמלי ולהוסיף מורכבות.

מסגרות הנדסיות מערכות המשלבות רעש כמשתנה עיצוב ראשוני משלבי המושג המוקדמים הם חיוניים.זה אומר כולל מדדי רעש בלולאות אופטימיזציה רב תחומית שקובעות גיאומטריה מסתובבת, פריסת מסגרת אוויר, ארכיטקטורת כוח ותוכנות בקרת טיסה.זה גם פירושו אימות תחזיות רעש באמצעות בדיקות טיסה מקיף ועיצובים המבוססים על ביצועים נמדדים.

מעורבות קהילתית היא הסופית, ואולי החשובה ביותר, רכיב של ניהול רעש משולב.הטכנולוגיות המתקדמות ביותר להפחתה ברעש לא יצליחו אם הקהילות ירגישו מחוץ לתהליך התכנון. תקשורת בין ה- Transud לגבי רמות הרעש, נהלים תפעוליים, וצעדי הפחתת הפחתת הפחתת האמון הדרושים לתוכניות UAM כדי לקבל אישור. חלק מהיצרנים של eVTOL הקימו פאנלים ייעוץ קהילתיים ותוכניות ניטור רעש שנותנים להחלטות התפעוליות.

מסקנה

הפחתת רעש עבור מטוס eVTOL הוא אתגר הנדסי מורכב כי נוגע כמעט כל היבט של תכנון מטוסים ותפעול. מן הגיאומטריה של להבים רוטורים לתדירות המעבר של מופנים מוטוריים, מן החומרים המשמשים לוחות מסגרת אוויר ועד המסלול טס במהלך הגישה, כל בחירה יש השלכות אקוסטיות.

הכלים והטכנולוגיות להפחתה יעילה של רעש קיימים ומעודנים על ידי מוסדות מחקר ויצרנים ברחבי העולם. עיצובים מתקדמים, חומרי קול-אבינג, מערכות בקרה פעילות, ותהליכי טיסה מותאמים באופן קולקטיבי מציעים את הפוטנציאל להפחית רעש אלקטרוני לדרגות מקובלות בסביבה עירונית.המשך השקעה במחקר ופיתוח, בשילוב עם רגולציה ומעורבות קהילתית מחושבת, סלול את הדרך עבור שקט, יעיל, אווירי תחבורה מקובלת באופן נרחב.

ניתן למצוא עוד קריאה על האתגרים האקוסטיים של התעופה החשמלית באמצעות ועדת ה-FLT:0 (AIAAAA Aerospace Acoustics Committee FLT:1).