Обледенение двигателей обнаружат с помощью светодиодов
Канадская компания Podium Aerospace разработала компактную оптическую систему на светодиодах, способную обнаруживать образующуюся на важных деталях турбореактивного двигателя ледяную корку. Об этом пишет Aviation Week. Новая система позволит летчикам оперативно получать информацию о начале обледенения в двигателях и избегать опасных с точки зрения образования льда участков пространства.
Обледенение самолетов в полете — явление частое и иногда представляющее серьезную опасность. В двигателях обледенению подвержены холодные зоны: воздухозаборник, вентилятор и несколько первых ступеней компрессора. Образующийся на их лопатках лед может ухудшать сжатие воздуха, ухудшая и общую работу силовой установки. Кроме того, от ледяной корки могут откалываться крупные куски и повреждать внутренние элементы двигателя.
Надежного инструмента, позволяющего определять обледенение в двигателе, в отличие от планера, сегодня пока не существует. Дело в том, что воздух, поступающий в силовую установку, претерпевает сильные температурные колебания, нагреваясь из-за торможения и сжатия на входе воздухозаборника и резко остывая из-за расширения в камере за входом или в зоне после вентилятора. Из-за этого обледенение в двигателе может происходить при температуре окружающего воздуха в плюс 5-10 градусов Цельсия.
Стандартные самолетные системы предупреждения о начале обледенения для двигателей не годятся как из-за своих размеров, так и принципов работы. Кроме того, установка аналогичных систем в двигатель существенно увеличит его массу, а значит потребует доработки конструкции мотогондолы и крыла самолета. По этой причине летчики обнаруживают обледенение по косвенным признакам: вибрации двигателей, изменения частоты их шума и параметров работы.
Разработанная канадцами система компактна, легка и может с высокой точностью обнаруживать начало процесса обледенения. Система состоит из двух наклоненных друг навстречу другу светодиодов и фотодиода, расположенного между ними. Диоды диаметром три миллиметра каждый прикрыты прозрачным материалом, а светодиоды установлены так, чтобы при нормальных условиях их световое излучение проходило сквозь прозрачное окошко. Длина окошка составляет чуть больше 12 миллиметров, а ширина — около пяти миллиметров.
При начале образования льда на поверхности окошка все больше излучения светодиодов будет отражаться к фотодиоду и система оповестит летчиков об опасности. Прозрачное окошко также имеет датчик температуры, данные с которого также будут передаваться в кабину пилотов, чтобы те имели представление о температурных условиях в той зоне двигателя, где началось образование льда. По данным Podium Aerospace, ее система практически не добавит массы двигателю и не будет мешать нормальному протеканию воздушных потоков в нем.
Предварительные испытания прототипа системы уже были проведены в лабораторных условиях и признаны успешными. Теперь Podium Aerospace намерена испытать ее на самолете на разных высотах и скоростях полета. Затем систему установят на двигатель для летных испытаний.
Работами по созданию систем обнаружения обледенения в двигателях на протяжении последних лет занимаются сразу несколько компаний. Такие исследования стали возможны благодаря появлению компактных и легких элементов, которые могут быть без труда встроены в кожух двигателя или сами силовые установки.
Например, Национальный научно-исследовательский совет Канады, агентство курирующие различные разработки, ведет два проекта разработки систем обнаружения обледенения. В рамках первого в двигатель планируется встраивать ультразвуковые датчики, а второго — электростатические датчики. Первые будут обнаруживать лед за счет отражения ультразвуковых колебаний, а вторые — изменения электрической проводимости датчика от контакта с кристалликами льда. Оба проекта технически сложны и предполагают серьезное усложнение конструкции двигателей.
Она поможет трактористам снизить риск потери слуха
Корейские инженеры изучили природу и характеристики шума, попадающего в кабину работающего трактора воздушным путем. С помощью звукоизоляции щелей и испытаний на стенде в полубезэховой камере они добились снижения высокочастотной нагрузки на водителя почти вдвое. Исследование опубликовано в Scientific Reports. В некоторых профессиях существуют факторы риска, которые способствуют развитию тех или иных специфичных заболеваний. Известно, что водители тракторов имеют более высокие шансы потерять слух, нежели представители большинства других профессий. Сообщалось также, что изменение шума в кабине сказывается на производительности труда трактористов. По этой причине инженеры вместе с физиками активно ищут способы борьбы с этим вредным фактором. Существует два общих пути, по которым шум попадает в кабину: структурный и воздушный. Первый вызван вибрациями конструкционных элементов, из которых сделана кабина, и доминирует на частотах ниже 250 герц. Второй проникает через разнообразные щели и отверстия и как правило имеет высокие частоты. Несмотря на общее понимание того, как с ним бороться, в литературе нет данных о влиянии звукоизоляции на отдельные частоты воздушного шума. Неизвестно также, какие именно компоненты работающей техники вносят основной вклад в такой шум. Ответить на эти вопросы смогло исследование корейских инженеров под руководством Ён Джуна Пака (Young‑Jun Park) из Сеульского национального университета. Исследователи провели испытания с работающим трактором в полубезэховой камере и разобрались, из чего состоит воздушный шум, проникающий в кабину. Исследователи показали, что звукоизоляция щелей способна ощутимо снизить этот вредный фактор. Техника, использованная в эксперименте, обладала четырехцилиндровым дизельным двигателем мощностью 104,5 киловатта. Авторы проверяли шум от работы трактора на 16 передачах переднего хода, а также на нейтральной передаче. Для этого они размещали в салоне испытательный стенд с двумя микрофонами, имитирующими уши тракториста. Инженеры измеряли звуковое давление в обоих каналах в зависимости от показаний тахометра и усредняли его по шкале А . С ростом передачи шум немного возрастал от 87 до 89 децибел и был больше с правой стороны. Анализ спектрограмм показал, что основными источниками звука в кабине трактора были кратные частоты шума от двигателя, шум впуска и выпуска, шум шестерен трансмиссии и входной шестерни гидравлического насоса, а также шум шин. Наиболее целесообразным при этом было бороться со звуком на частотах, выше 500 герц. С помощью звуковой камеры исследователи выявили более 20 тысяч квадратных миллиметров площади, которую требовалось звукоизолировать. Она включала себя пространство между машинным отделением и приборной панелью, отверстие в задней части кабины и щель вокруг рычага стояночного тормоза. Авторы обработали эти места с помощью полиуретановой пены, резиновых втулок, а также двухмиллиметровой стальной пластины. Измерения показали, что такая процедура снизила шум в кабине в среднем на 4-6 децибел, что эквивалентно снижению звукового давления внутри кабины наполовину. Авторы считают, что их наработки позволят в будущем повысить безопасность и эффективность сельскохозяйственных работ. Шум мотора мешает не только водителю, но и окружающим. О том, как с этим борются на автогонках, мы рассказывали в материале «Тише едешь».