降低飛機噪音,美軍與大學合作開發新型發動機噴嘴

作者 | 發布日期 2021 年 09 月 23 日 18:19 | 分類 尖端科技 , 航太科技 , 軍事科技 Telegram share ! follow us in feedly


為了解決飛機發動機噪音過大的問題,美國海軍研究實驗室與辛辛那提大學合作,共同研發新型發動機噴嘴,透過小幅改裝即可將飛機噪音降低 5-8 分貝,有望改善機場附近噪音問題,並降低航空母艦或空軍基地人員的聽力損傷問題。

▲ 領導團隊的辛辛那提大學工程及應用科學系教授 Ephraim Gutmark。(Source:University of Cincinnati

由辛辛那提大學(University of Cincinnati)工程及應用科學系名譽教授 Ephraim Gutmark 領導的研究團隊,與海軍實驗研究室(Naval Research Laboratary)共同為 F/A-18 戰機開發新型發動機噴嘴,在實驗室中成功以 1/28 尺寸的奇異公司 GE-F404 型發動機進行實驗,將噪音降低了 5-8 分貝。

5-8 分貝看起來似乎不多,但由於分貝是以對數計算(logarithmic scale),每減少 3 分貝在聽覺上就有減少近一半的感受,因此這項新噴嘴設計,可將 F/A-18 戰鬥機的噪音降低 2-3 倍。

研究團隊使用新型材質,在噴嘴四周設計了一圈如鯊魚牙齒般的三角錐形結構,這項簡單的設計,卻可以改變發動機的噴流結構,搭配新型材質能夠大幅降低噪音分貝,且不會影響發動機的性能表現。

▲ 研究團隊使用 1/28 尺寸版 F404 發動機測試,噴嘴的鯊魚齒狀構造即為降噪關鍵。(Source:University of Cincinnati

「實驗成果相當顯著」,Gutmark 教授表示,以航空發動機廠商來說,任何新設計只要能比舊款降低半分貝,就已是相當大的進展,而我們這次測試卻一舉降低了 5-8 分貝,而且若能夠在軍用發動機上取得成功,表示其他所有商用渦輪扇發動機,都可透過這項小修改,達到降噪效果。

對於美軍來說,由美國國防部環境研究計畫(DoD Environmental Research Program)出面資助,目的是為了減少每年空軍基地、航空母艦及海軍航空站的地勤人員,產生聽力受損的案例。

根據美國退伍軍人部統計,有超過 260 萬名退役軍人有聽力受損的問題,每年需要花十億美元進行補償和醫療照護,佔了退伍軍人部每年身心障礙照護預算的 15%,因此這項發動機降噪噴嘴計畫,長期下來對於減少官兵聽力損害和後續照護費用有重大幫助。

▲ 美國退伍軍人部統計,超過 260 萬名退役軍人永久聽力受損。(Source:University of Cincinnati

此外,降低發動機噪音,也有助於將低戰機機體聲荷載(Acoustic Loading),延緩機身出現金屬疲勞的速度,對於延長戰機機體壽命也有明顯效果。

海軍和辛辛那提大學團隊目前正在準備進行全尺寸 GE-F404 發動機的實驗室測試,若成功之後,海軍實驗研究室將會在馬里蘭州帕圖森河海軍航空站(Naval Air Station Patuxent River),以改裝後的 F/A-18 進行飛行測試,以期盡快將這項改良型噴嘴普及到全軍機隊。

(首圖來源:TMWolf, CC BY-SA 2.0, via Wikimedia Commons)