يعمل الجيش الأميركي على دراسة الخصائص الصوتية لطائرات الإقلاع العمودي والهليكوبتر متعددة المراوح بهدف التوصل إلى فهم أفضل كجزء من الجهود المبذولة لتصميم طائرات إقلاع عمودي وهليكوبتر أكثر هدوءًا وتخفيًا، بحسب ما نشره موقع New Atlas.
تتمتع طائرات الهليكوبتر بالعديد من المزايا، ولكن يعد من أحد عيوبها الأكثر وضوحًا هو الضوضاء العالية التي تحدثها أثناء الطيران، نتيجة لما يُعرف بالتفاعل بين شفرات المراوح ودوامات الهواء التي تشكلها شفرات المروحة الأمامية.
يعد هذا بالطبع تفسيرًا مبسطًا لسبب الضجيج العالي الذي يصاحب تشغيل الهليكوبتر، لكن الديناميكيات الهوائية المتضمنة في وجود عدد من الشفرات الطويلة والنحيلة والمرنة التي تدور بسرعة عالية بالقرب من بعضها بعضا معقدة بشكل لا يصدق.
تقوم قيادة تطوير القدرات القتالية للجيش الأميركي DEVCOM ومختبر أبحاث الجيش الأميركي، بالتعاون مع أوبر وجامعة تكساس في أوستن، بدراسة الخصائص الصوتية للطائرات ذات القدرة على الإقلاع والهبوط عموديا، التي تستخدم عدة مراوح صغيرة وموزعة على هياكلها الخارجية، على أمل أنه قد يكون من الممكن يومًا ما إنتاج طائرة هليكوبتر صامتة تمامًا لساحة المعركة.
الضوضاء المتناغمة
تدور الفكرة الأساسية حول أن المراوح الأصغر حجمًا لها توقيعات صوتية مختلفة عن المراوح التقليدية الأكبر لأن الأصوات يتم إنشاؤها بواسطة آليات فيزيائية مختلفة. تأتي ضوضاء المراوح التقليدية من ضجيج السماكة، حيث يتم إزاحة الهواء بواسطة شفرات المروحة، وتحميل الضوضاء من قوى الرفع والسحب للهواء أثناء تدفقه فوق شفرة المروحة، مما ينتج معًا ما يعرف باسم "الضوضاء المتناغمة".
ولكن تميل المراوح الأصغر حجمًا التي يتم استخدامها في طائرات الإقلاع والهبوط العمودي eVTOL إلى إحداث ضوضاء من خلال الاضطراب وهي أقل وتختلف مقاييسها عن الضوضاء المتناغمة.
برامج معقدة لقياس الضوضاء
على منصة اختبار بمحركات كهربائية، وكذلك باستخدام نماذج الكمبيوتر، جرى توصيل الحوامل بتسعة ميكروفونات وتم تسجيل الضوضاء لعقد مقارنات بين النماذج المختلفة، وتم احتساب الأحمال الديناميكية الهوائية، بواسطة برنامج يطلق عليها اختصارًا RCAS، على الشفرات بالإضافة إلى ثني ولف الشفرات.
وبحسب ما ذكره د. جورج جاكوبليس، مهندس أبحاث الجيش الأميركي في إدارة تكنولوجيا المركبات: تم جمع "هذه المعلومات لاستخدامها كمدخلات لبرنامج PSU- WOPWOP، الذي يقوم بحسابات للضوضاء الناتجة عن المراوح".
إلى جانب دراسة صوتيات مراوح eVTOL، قام الفريق البحثي أيضًا بدراسة نوعية من المراوح في الطائرات الهليكوبتر، معروفة باسم "المراوح المكدسة". وكما يوحي الاسم، فإنه بدلاً من أن تكون شفرات المراوح على نفس المستوى، يتم ضبطها على ارتفاعات مختلفة على المحور.
وتوصل الفريق البحثي إلى أن الشفرات المروحة المتباعدة بشكل متساوٍ أحدثت أقل مستوى ضوضاء، أو المثبتة حول مستوى المروحة التقليدية.
وأعرب د. جاكوبليس عن اعتقاده، في ضوء الدراسات، "أن المراوح المكدسة يمكن أن تكون مفيدة لتطبيقات طائرات eVTOL (الإقلاع والهبوط العمودي)"، مشيرًا إلى "درجة الحرية المضافة ستسمح للتصميم بتحقيق مكاسب في الكفاءة والتحكم في التوقيع الصوتي، وهو ما تم عرضه في النتائج. ولكن مازال هناك حاجة إلى مزيد من التحقيق لتحديد تقليل الضوضاء باستخدام مفهوم للتباعد المحوري"
