Projektet sigter mod at tæmme støj fra supersoniske militærfly med hvirvelteknologi

Det er kliché at beskrive noget meget støjende som "højere end en jetmotor." Men supersoniske jetmotorer, ligesom de kraftfulde jagerfly fløjet af det amerikanske militær, er så meget højere end almindelige jetmotorer, at forskere har et særligt udtryk for deres lyd-"bredbåndsstødsrelateret støj".

Nu, et team af fakulteter og studerende fra Institut for Aerospace Engineering ved University of Kansas vil designe og teste innovative teknologier til at reducere støj fra supersoniske militærfly. Det amerikanske forsvarsministeriums strategiske miljøforsknings- og udviklingsprogram (SERDP), DoD's miljøvidenskabelige og teknologiske program, støtter et år, $200, 000 indsats på KU, med potentiale til at udvide denne støtte i de kommende år.

"Dette projekt vil teste ideer til at reducere jetstøj fra supersoniske militærfly, "sagde Z.J. Wang, Spahr professor i luftfartsteknik ved KU, hvem står i spidsen for den nye indsats. "I øjeblikket, støjen er så høj, at den påvirker sundheden for personale, der arbejder i nærheden af ​​flyet og mennesker, der bor tæt på militærbasen. Dette er et udfordrende problem, og vi har foreslået nogle nye ideer, der har potentiale. "

Wangs KU -samarbejdspartnere om arbejdet er Saeed Farokhi, Ray Taghavi, Huixuan Wu og Charlie Zheng - alle fakultetsmedlemmer i luft- og rumfartsingeniørafdelingen.

Forskerne vil undersøge potentialet ved at installere vinger inde i jetmotorens udgangsdyse for at skabe "forskydning af lag af forskydning", der fremmer blanding af jetudstødning med omgivende luft, derved reducere støj.

Holdet, studere beregningsvæskedynamik og beregningsmæssig aero-akustik via supercomputere og udføre forskning i grundlæggende flowfysik jetstøj og akustiske målinger ved KU-afdelingens Garrison Flight Research Center, vil sigte mod en ambitiøs reduktion af jetstøj på tre decibel, som i virkeligheden skærer den akustiske effekt i halve.

"Swirl er den roterende bevægelse af flow, "Sagde Wang." Når supersonisk jetudstødning blæser ud af flyets dyse, det er normalt lige ud - der ville være lidt eller ingen hvirvel. Ideen her er at generere en strategisk rotationsbevægelse ved udgangen for at forbedre blanding af jet med omgivende stationær luft for at reducere supersonisk jetstøj. Der har været mange undersøgelser inden for støjreducering, der viser, at denne form for blanding kan reducere støj. "

Ja, blanding af jetudstrømning med den omgivende luft for at reducere støj er ikke en ny idé. Kommercielle jetfly har brugt enheder på jetdyselæber i årevis for at opnå en lignende støjdæmpende effekt. Men ifølge Wang, teknologien, der bruges på subsoniske jetfly, er ikke så effektiv for det amerikanske militærs supersoniske krigere.

"Kommercielle passagerfly har brugt chevron-dysen - en savtandsform - for at reducere støj, " sagde han. "For subsoniske fly, det koncept har vist sig at være meget effektivt, så det er næsten universelt i kommercielle fly i disse dage. Men det koncept er ikke så effektivt til supersoniske jetfly. Her forsøger vi at forbedre blanding med strategisk produktion af rotationsflow. Jeg tror ikke, at nogen har testet denne idé endnu i denne indstilling. Swirlgenereringsskovle vil blive integreret inde i dysevæggen for at generere det ønskede rotationsniveau. "

En designudfordring, som KU -forskerne konfronterer, er, hvordan man strategisk genererer nok hvirvel i det supersoniske jetflys udgangsstrøm til at reducere støj, samtidig med at tabet af jetens tryk minimeres.

"Hvirvelvingerne vil uundgåeligt blokere strømmen og producere træk noget, så der vil være noget præstationstab med hensyn til tryk, "Wang sagde." Vores idé inden for strategisk hvirvelindsprøjtning er at minimere dette tab og samtidig maksimere jetstøjreduktion. "

Teamet vil undersøge muligheden for, at støjreducerende vinger justeres til en neutral position, efter at en supersonisk jet har taget afsted, så jetmotorerne opererer med et meget mindre krafttab, når først flyet er i marchhøjde.

"Skovle kan justeres til rent aksial position, med næsten nul straf med hensyn til tryk, "Sagde Wang." Du får i det væsentlige den fulde kraft. "

Konceptet er baseret på tidligere undersøgelser foretaget af medlemmer af teamet, Sagde Wang.

"Professorer Saeed Farokhi og Ray Taghavi udgav flere værker om forbedret blanding af hvirvlende jetfly med påføring på brændstof og luft for at maksimere motorens forbrændingseffektivitet ved hjælp af hvirvel, "sagde han." Det blev eksperimentelt bevist, at det var effektivt. Så, da DoD -indkaldelsen af ​​et forslag kom, og vi fem var interesserede, vi havde nogle brainstormingsessioner og bemærkede, at mekanismen for chevrons bare var forbedret blanding - så vi vidste, at indlejret forskydning af laglag kan have potentiale i supersonisk jetstøjreduktion. "

Tilskuddet vil også hjælpe med at uddanne en ny generation af luftfartsingeniører via eksperimenter på KU's flyforskningscenter og computermodellering på to faciliteter - KU Center for Research Computing og National Center for Supercomputing Applications (hvor et separat tilskud til Wang sikrede 200, 000 node timer beregningstid på Blue Waters, en af ​​verdens største supercomputere).

"Vi beskæftiger to ph.d. -studerende, en kandidatstuderende og en undergradsforsker, "Sagde Wang." Disse elever vil lave eksperimenter og beregninger, tæt samarbejde med fakulteter. Dette projekt om avancerede teknologier og innovative koncepter vil give vores studerende værdifuld erfaring, der kan forme deres fremtid. "