Почему современные вертолеты не тише?

Живя ближе к заводу Sikorsky, я могу засвидетельствовать, что современные гражданские (и военные) вертолеты довольно шумные. В любом случае они значительно громче, чем легкие самолеты, турбовинтовые и даже некоторые реактивные лайнеры.

Это привело к тому, что в некоторых юрисдикциях вертолетам запрещено заходить и приземляться.

Однако кажется, что методы подавления звука вертолетов были известны по крайней мере с 1970-х годов ( «Тихий» ), не говоря уже о вертолетах-невидимках, использовавшихся в рейде на бен Ладена.

То есть часть решения, по-видимому, заключается в использовании большего количества лопастей ротора при снижении скорости роторов. Существуют также модификации кончиков лопастей несущего винта, которые, хотя они могут быть классифицированы, могут быть выведены и подвергнуты обратному проектированию.

Почему вертолеты такие громкие и почему современные вертолеты не тише, учитывая то, что мы знаем и как далеко мы продвинулись в материаловедении и авиационном дизайне?

Или это вопрос экономики (тише == меньше экономики) или политики (национальная безопасность не позволяет использовать звукопоглощающие технологии) или чего-то еще?

Я могу ошибаться, но я думал, что движущийся вперед наконечник, преодолевающий звуковой барьер, был одним из ограничивающих факторов как для скорости движения вертолета, так и для скорости вращения диска. т.е. преодоление звукового барьера наконечником было Плохой Вещью™ в вертолете.
@Freeman - Вот почему снижение скорости роторов является (обычно считается) одной из технологий невидимости, используемых в вертолетах OH-6, а также в вертолетах бен Ладена. Но почему это обычно не используется, является частью моего вопроса. Казалось бы, ничего сложного, особенно когда люди, живущие рядом с резиденцией бен Ладена, сказали, что не слышали вертолетов, пока те не оказались над головой. Если бы это было верно для авиации общего назначения! :-)
Я думал, что сверхзвуковые концы лопастей, создающие ударные волны, которые могут ударить по фюзеляжу и другим лопастям, были более серьезной проблемой, чем просто создание шума (например, вибрации, потери подъемной силы и т. д.). Может быть, мне нужно задать еще один вопрос...
Один аспект: больше лопастей => меньший радиус диска => более высокая нагрузка на диск => меньшая эффективность => меньший запас хода => более высокий расход топлива => более высокий вес => снижение эффективности авторотации. Я предполагаю, что все вышеперечисленное является компромиссом между дизайном и рыночным спросом, и военных это мало волнует, кроме малозаметности.
Я думаю, что в работе присутствует и психологическая составляющая. Мы могли бы спросить, почему многие мотоциклы, ORV, водные мотоциклы, легковые и грузовые автомобили и даже (или, возможно, особенно!) садовая техника намного шумнее, чем должны быть, и почему некоторые владельцы тратят деньги на послепродажные модификации, чтобы сделать их еще шумнее. Это потому, что для определенного типа ума шум равен мощности!
Что бы это ни стоило, MD Helicopters утверждает, что отказ от традиционного рулевого винта приводит к значительному снижению шума. См . mdhelicopters.com/v2/notar.php .
@FreeMan - спасибо за вопрос. Я немного погуглил, и похоже, что мое предположение о сверхзвуковых наконечниках может быть неверным. Я задал отдельный вопрос по этому поводу.
Честно говоря, когда я впервые прочитал вопрос, это был первый « вертолет-невидимка », который пришел мне на ум... :)
Физика полета вертолета очень сложна. Это так, чтобы больше людей могли зарабатывать на жизнь. Правда в том, что вертолеты на самом деле не летают, они просто подчиняют Землю.
Нужно продолжение: Чак Норрис может бегать по лопастям вертолета, чтобы он взлетел выше.
Вертолет был изобретен после того, как Чак Норрис совершал 8 ударов ногой с разворота в секунду.

Ответы (3)

Это R&D и, следовательно, в конечном счете решение рентабельности. Технологии снижения шума для вертолетов не так просты, как «комплекты шумоподавления» для самолетов с неподвижным крылом, потому что двигатели и несущие винты являются гораздо более неотъемлемой частью всего планера. Таким образом, включение этих функций в гражданский вертолет является гораздо более сложным процессом, чем замена лопастей на турбовинтовых двигателях или установка шумопоглощающих колец на выхлопные трубы старых двигателей авиалайнеров. Изменение физических свойств несущих винтов (подъемная сила, индуктивное сопротивление, момент инерции) требует компенсирующих изменений в двигателе; более короткие лопасти уменьшают подъемную силу, требующую более высоких оборотов, большее количество лопастей увеличивает MOI, требуя большего крутящего момента, и т. д. Эти изменения двигателя, в свою очередь, потребуют изменения характеристик рулевого винта, а также могут потребовать настройки рамы и корпуса и т. д. и т. д.

Большинство вертолетов, используемых сегодня в гражданских целях, таких как серия Bell 200, семейство Sikorsky S-70, Dauphin и т. д., являются конструкциями вьетнамской эпохи, почти не изменившимися, за исключением нескольких незначительных изменений, таких как дополнительные улучшения двигателя или новые системы авионики. Их все еще строят и летают, потому что они работают .; пройти строгие проверочные испытания, необходимые для любой авиационной системы, и требования к техническому обслуживанию и осмотру самолетов с неподвижным крылом, а также добавить дополнительный уровень осторожности в отношении присущей конструкции вертолета нестабильности и отсутствия отказоустойчивости, и вы У меня будет некоторое представление о том, что нужно, чтобы новый вертолет был проверен для использования в GA. Если двигатель вертолета заглохнет или выбросит лопасти винта, вы не сможете просто спланировать на землю, как на неподвижном крыле. Таким образом, любые изменения, которые вы вносите в базовую, проверенную конструкцию, будут вызывать крайний скептицизм и проверяться как авиационными регуляторами, так и владельцами, не говоря уже о том, чтобы начинать с нуля. Это снижает первоначальные продажи новой модели на гражданском рынке, увеличивая период окупаемости ваших НИОКР по разработке этой новой конструкции.

Во-вторых, отчасти из-за нерешительности GA принять новые конструкции вертолетов доступность финансирования для исследований и разработки любой новой конструкции гражданского вертолета затмевается военными интересами. Как уже упоминалось, практически каждая модель, которую вы видите в небе сегодня, имеет военную родословную и была разработана в первую очередь для этой цели, а затем была адаптирована для использования в гражданских целях (заметным исключением является Eurocopter Dauphin 2, который был создан в частном и правоохранительном секторах до того, как военные посмотрел). В результате многие новейшие стелс-технологии, доступные для вертолетов, включая шумоподавление, строго засекречены. Например, модификации UH-60, использовавшиеся в рейде на бен Ладена; гражданские только и знают, что стелс Блэкхоки существуют, поскольку то, как они выглядят, и их производительность/шумовые характеристики, все еще остается в секрете. Это не остановило человеческое воображение; впечатления художника, включая концепт-арт дляZero Dark Thirty в изобилии.

Кроме того, гражданские технологии бесшумных вертолетов, которые не засекречены, такие как конструкция лопасти Eurocopter "Blue Edge", в основном защищены международными патентами. Bell или Sikorsky не могут просто переконструировать лезвие Blue Edge и установить его на свои вертолеты. Независимо разработанный дизайн должен быть достаточно отличным, чтобы его можно было запатентовать, что, вероятно, означает, что он будет более сложным, а сложность — плохое слово в авиации, поскольку означает повышенную вероятность отказа системы или ошибки оператора. Другие возможности заключаются в том, чтобы либо получить лицензию на Blue Edge от Eurocopter (увеличив стоимость модели, оснащенной Bell или Sikorsky Blue Edge), либо подождать 15-20 лет до истечения срока действия патента (что еще больше отсрочит широкое распространение технологии за пределами одного бренда).

«Белл или Сикорский не могут просто перепроектировать лезвие Blue Edge». Им это не нужно: чтобы запатентовать что-то, вы должны полностью раскрыть дизайн.
Вы будете удивлены, насколько вы можете запутать то, как на самом деле работает запатентованный механизм, включая различные динамические переменные, такие как масштабирование конструкции для оптимальной производительности при различной длине лопасти, что необходимо для установки лопасти на разные вертолеты.
Вертолеты планируют немного хуже, чем самолеты с неподвижным крылом (и называют это авторотацией), но компенсируют это тем, что они все еще могут приземляться с нулевой скоростью или с очень низкой скоростью в конце, поэтому отказ двигателя не является фатальной проблемой. Однако у них есть единственная точка фатального отказа — ступица ротора.
Не все засекречено: хвостовые винты с ножничными лопастями — одна из технологий снижения шума: Aviation.stackexchange.com/questions/43279/…
Википедия упоминает еще больше технологий: «Чтобы уменьшить их акустическую сигнатуру, вертолеты (N351X и N352X) получили четырехлопастный хвостовой винт типа «ножницы» (позже включенный в AH-64 Apache, разработанный Хьюзом), пятый винт лопасти и наконечники несущего винта измененной формы, модифицированная выхлопная система и различные улучшения производительности». ( en.wikipedia.org/wiki/Hughes_OH-6_Cayuse#Vietnam_War ) Все эти технологии давно известны, но не используются в гражданских вертолетах.
А en.wikipedia.org/wiki/NOTAR и en.wikipedia.org/wiki/Fenestron — две коммерческие технологии, используемые для снижения шума от вертолетов.

Большая часть шума, создаваемого винтокрылым самолетом, исходит от системы привода. Сами двигатели издают довольно много шума, и технически невозможно сделать их тише.

Предположительно, можно было бы использовать те же комплекты шумоглушения на турбовентиляторных двигателях или другие технологии глушения.

Пилоты, участвовавшие в войне во Вьетнаме, говорят, что вертолеты UH-1 превращают топливо и масло в "вибрацию и шум" :) Выбранный вами ответ - лучший ответ на ваш вопрос. Мне нечего сказать по этому поводу. Просто хочу добавить, что проектирование вертолета - дело непростое. Есть много вещей, которые вы должны обдумать и просчитать, прежде чем создавать прототип.

Хотя вы можете управлять самолетом из бумаги, вы не можете управлять вертолетом из бумаги.
Я восхищаюсь всей работой по созданию вертолета. Первый вертолет был построен и запущен в 1936 году: https://en.wikipedia.org/wiki/Focke-Wulf_Fw_61 И одним из первых людей в истории, совершивших полет без двигателя, является Хезарфен Ахмед Челеби. Он пролетел с крыльями, которые он сконструировал, и пролетел около 2 миль. Когда? Около 1630 года! : https://en.wikipedia.org/wiki/Хезарфен_Ахмед_Челеби

Итак, вертолеты и самолеты — это разные типы летательных аппаратов. В то время как у вертолетов есть сотни движущихся или вращающихся частей, у некоторых самолетов нет никаких вращающихся частей, кроме гироскопов :)

По мере совершенствования технологий шум от вертолетов будет снижаться. Я уверен в этом. Так же, как старый тип жестких дисков по сравнению с твердотельными дисками. В то время как первый имеет много движущихся частей и издает много шума, второй не имеет движущихся частей и не производит шума.

Итак, твердотельные вертолеты без движущихся частей?
Я пытался объяснить, что все дело в технологиях. Но если вспомнить, что самый быстрый поезд использует магнитную левитацию, то и вертолеты могут использовать подобную технологию. Например, в НОТАРЕ.