美国陆军正在寻求无声旋翼的静音技术解决方案。
如果军队未来能用无声直升机在战场上悄无声息地输送部队和物资，作战任务的隐秘性将大大提升。因此，美国陆军研究人员将直升机的降噪技术视为飞机设计的重中之重。techxplore.com网站当地时间12月1日报道，陆军研究实验室（ARL）与优步公司、德克萨斯大学奥斯汀分校合作，研究了电动垂直起降飞机（eVTOL）的声学特性。eVTOL是一种用分布式电力系统驱动的飞行器，可协助军方执行空中监视和货物运输等重要任务。然而，eVTOL的旋翼比传统直升机小，可能会发出不同的声音信号。这是研究人员不得不考虑的问题。
“这些小型旋翼发出的噪音是由完全不同的物理机制产生的。”陆军研究工程师George Jacobellis博士说，“我们需要改进传统的建模技术，将所有噪声都纳入考量范围。”
标准直升机的噪声模拟主要集中于预测厚度噪声和载荷噪声——这两种噪声是大型直升机的主要噪声源。厚度噪声来自于旋翼叶片运动时空气产生的位移，而载荷噪声则来自于升力和阻力对旋翼周围流动空气的作用。两者共同构成了音调噪音。
相比之下，军方研究人员认为eVTOL旋翼产生的宽频带噪音（湍流引起的噪音）可能多于音调噪音。
“虽然我们不确定宽频带噪音的重要性，但我们知道音调噪音和宽频带噪音的规模是不同的。”Jacobellis博士说，“我们认为，随着旋翼的小型化，宽频带噪声在某些时刻将成为主要噪音源。”
试验台有水平方向的旋翼轴，可满足研究人员的声学测量需求。
研究人员通过实验验证了这一假设。在实验中，Jacobellis博士团队不仅测定了各种旋翼配置的声学特性，还评估了旋翼噪声模拟的建模能力。他们利用旋翼机综合分析系统（RCAS）计算了叶片上的空气动力载荷以及叶片的弯曲和扭转，将信息输入噪音预测代码程序PSU-WOPWOP并计算了旋翼产生的噪声。
研究人员发现，同轴共转旋翼（堆叠旋翼）可能会让直升机具备更好的性能，产生的噪音也比传统旋翼噪音更低。堆叠式旋翼与传统旋翼不同，其旋转叶片分布在不同平面。其中，具有等间距旋翼叶片的堆叠旋翼，产生的噪声水平最低。
Jacobellis博士说：“使用堆叠旋翼有利于提升eVTOL性能。自由度提高的设计也将提高效率，使声学特征的控制增强。当然，我们还需要进行更多的研究来量化轴向间距的降噪效果。”
原创编译：德克斯特 审稿：西莫 责编：陈之涵
https://techxplore.com/news/2020-12-experimental-simulation-results-reveal-coaxial.html