Почему двигатели легких самолетов такие шумные?

Двигатели можно сделать тише, просто добавив глушитель (или глушитель, как его иногда называют). Они доступны для многих моделей и могут быть установлены по астрономической цене. Детали и рабочая сила на самом деле довольно дешевы, именно расходы на сертификацию делают его таким плохим. Разработка и сертификация деталей для самолетов стоит больших денег. Глушители не являются обязательными, и поскольку они очень дороги в установке, большинство не делают этого, потому что затраты перевешивают преимущества — вместо этого стоит гораздо дешевле купить приличную гарнитуру с активным шумоподавлением.

Пропеллеры являются большим источником шума, и для многих самолетов существуют более тихие конструкции, однако они должны быть сертифицированы для конкретного двигателя и модели самолета, и эти затраты складываются.

Текущие правила сертификации призваны обеспечить безопасность, в некоторых случаях они могут задушить инновации. Вот почему у нас до сих пор есть карбюраторные двигатели с ручным управлением смесью вместо компьютеризированного впрыска топлива и турбонормализации.

Что касается самого тихого тренажера, я не думаю, что есть окончательный ответ, так как я не знаю источника измерения шума самолета, а любой самолет можно использовать в качестве тренажера. Из сертифицированных легких самолетов, которые обычно используются для начального обучения, Diamond DA20 Katana является самым тихим, который я могу придумать, потому что он намного легче, чем более распространенные Cessna и Piper, и поэтому использует меньший двигатель и воздушный винт. Меньший двигатель и пропеллер обычно означают меньший шум. Самолеты с турбодизельным двигателем, такие как Diamond DA-40, тише, потому что турбонаддув приглушает шум выхлопа.

Винтовые самолеты авиации общего назначения намного громче автомобилей. Ни один пилот не летает без гарнитуры, потому что шум делает невозможным общение с землей или другими пилотами. Пиковые уровни превышают 100 дБ, а непрерывное среднее значение составляет около 85 дБ, что вредно для слуха без защиты. Приведенные выше диаграммы, показывающие шум прилета и вылета, относятся к реактивным самолетам, а не к легким самолетам в вопросе ОП.

Есть два источника внешнего шума: опора и выхлоп двигателя.

Шум от винта вызван тем, что его концы приближаются к сверхзвуковой скорости. Энергия, используемая для создания шума, тратится впустую, поэтому можно подумать, что снижение скорости было бы полезно. К сожалению, большинство самолетов с поршневым двигателем имеют винты, прикрепленные непосредственно к их коленчатым валам для простоты и надежности. Эти двигатели уже вращаются медленно (по сравнению с автомобильными двигателями) при выработке полной мощности, поэтому их замедление еще больше снижает эффективность сгорания быстрее, чем она восстанавливается за счет повышения тяговой эффективности из-за снижения шума.

Шум выхлопа возникает в самолетах так же, как и в автомобилях. Однако типичный авиационный двигатель, используемый в тренажерах, упомянутых в OP, представляет собой четырехцилиндровый двигатель, вращающийся медленнее, поэтому количество циклов сгорания, необходимых для создания высокой мощности, в два или три раза больше. Ваш типичный автомобиль econobox имеет 2-литровый двигатель, в то время как у авиационного двигателя почти 6 литров. Следовательно, шум выхлопа в два-три раза громче, не приглушен, и его труднее заглушить из-за более низких частот, производимых медленным двигателем. Вес в самолете дороговат. Глушители тяжелые и снижают мощность еще более тяжелого двигателя, поэтому используется минимально приемлемое решение.

Лучший способ уменьшить шум двигателя — использовать электродвигатель, который не имеет импульсов сгорания для подавления. Pipistrel Alpha Electro — это тренажер, который делает именно это. Винт также имеет такой размер, что наконечники остаются в пределах 0,5-0,6 Маха во время работы, что снижает шум винта. При уровне шума всего 60 дБ он намного тише, чем самолет с поршневым двигателем.

Альфа Электро

Передача винта, позволяющая ему вращаться медленнее, и лучшие глушители могут существенно снизить шум. Оба они будут тяжелыми и повысят стоимость не только приобретения, но и использования, поскольку этот вес приходится нести везде, где летает самолет. Пилоту по-прежнему необходимо иметь средства защиты органов слуха из-за шума ветра в кабине, что не рассматривается, поскольку это не было частью вопроса ОП.

Отредактировано для уточнения из-за полезных комментариев ниже

В целом, большинство легких самолетов не намного громче, чем большинство автомобилей (см. Оценочный циркуляр по шуму самолета на странице, скажем, 140 и Шумы в салоне автомобиля ). Однако имеет значение то, как люди воспринимают эти шумы. Если, например, человек встанет рядом с двигателем самолета и двигателем автомобиля на одном уровне звука , то мы увидим, что основная проблема двигателя самолета заключается в том, что большую часть времени он издает «раздражающие» шумы, вызывающие дискомфорт. Поэтому важно не путать раздражающие шумы с высокими дБ!Еще один момент, который следует учитывать, заключается в том, что во время захода на посадку, как в случае OP, шум от самолета имеет меньше препятствий, чем когда самолет находится на земле, что в большинстве случаев приводит к более низкому затуханию звука и более высоким уровням принимаемого звука.

Могут ли эти поршневые двигатели стать тише? Конечно, они могут, и глушитель - это одна вещь, которая поможет.

Довольно много небольших самолетов не имеют глушителей, чтобы сэкономить на затратах, пространстве, мощности двигателя, весе и дополнительном техническом обслуживании.

Но в то же время довольно многие небольшие самолеты имеют глушители по дополнительным причинам, связанным с температурой выхлопных газов, и все же издают чрезмерное количество шума. Почему? потому что двигатель не единственный источник шума в самолете.

Однако с точки зрения производителя следует задаться вопросом, необходимо ли для этого увеличивать проектные и эксплуатационные расходы. Как только самолет взлетает, в нем нет никакой необходимости. И если мы сделаем еще один шаг вперед и рассмотрим правила, мы увидим, что, поскольку шумы находятся в допустимых пределах , нет реальной необходимости в принудительном подавлении, и, таким образом, производителям не нужно добавлять эти дополнительные затраты и вносить изменения в конструкцию своих самолетов.

Кроме того, у самолетов есть дополнительные источники шума, возникающие в результате их взаимодействия с воздухом, как вы можете видеть на диаграмме ИКАО ниже: