Исследователи из Университета Алабамы в Бирмингеме (США) под руководством профессора Аджая К. Агравала, создали губкоподобный материал на базе карбидов гафния и кремния, который достаточно термостоек, чтобы использовать его непосредственно в камере сгорания различных двигателей. Новый материал может не только снизить шум, но и значительно увеличить ресурс двигателей.

Обычно принято говорить, что КПД двигателей внутреннего сгорания ограничен и довольно большая часть их энергии теряется не на работу, а на бесполезное выделение тепла и звуковых волн. Впрочем, значительная часть этих потерь выполняет в двигателе работу — вот только не полезную, а вредную. О тепле в другой раз, но и со звуком ситуация бывает весьма неприятной. В реактивных и иных газотурбинных двигателях звук настолько силён, что повреждает лопатки турбины. Звуковые волны вызывают сильные вибрации в материалах. Эти вибрации ведут к ускоренному износу Особенно сильным он становится при достижении определённых пороговых значений шума. Например, на форсажном режиме двигатель современного истребителя может иметь ресурс всего 20 минут.

Профессор Аджай К. Агравал в лаборатории университета (фото University of Alabama at Birmingham).

Есть разные способы борьбы с проблемой: звукоизоляционные материалы окружают двигатель в некоторых конструкциях почти со всех сторон, сопла сужаются до предела и т. д. Профессор машиностроения Аджай К. Агравал из Университета Алабамы использовал и запатентовал другой подход: он решил звукоизолировать процесс сгорания непосредственно в камере сгорания.

Температура и давление здесь очень высоки. Поэтому г-ну Агравалу пришлось найти пористый материал, который смог бы работать в этих условиях. Им оказался композит на основе карбидов гафния и кремния. Структурно материал представляет собой вспененную и застывшую в таком состоянии пористую массу. Из-за высокой пористости композит легко пропускает газы, что позволяет процессу сгорания протекать без каких-либо проблем, а вот звуковые волны длиной меньше диаметра «пор» материала рассеиваются в нём. В результате звуки, слышимые человеческому уху, практически не покидают камеры сгорания. «[Обычно] эксперименты с внутренним сгоранием весьма шумны и нестабильны, сотрясая целое здание, но когда вы используете эту «пену», то можете разговаривать с человеком рядом с вами: это как день и ночь», — описывает эффект от своего изобретения профессор.

Эффективность нового материала такова, что позволяет отказаться от громоздких и сложных звукоподавляющих сопловых систем. Кроме того, с такой системой снижения звукового воздействия на лопатки турбин резко растёт ресурс двигателей. Технология может быть использована в газовых турбинах, инжекторных горелках, котлах, бензиновых и дизельных аварийных электрогенераторах и т. п. — почти везде, где используется внутреннее сгорание. Важно и то, что новым материалом, по расчётам разработчиков, можно оснастить уже произведённые двигатели, причём без особых затрат.

Наверное, в чём-то материал может изменить парадигму в конструировании новых авилайнеров, создателям которых не понадобится выносить реактивные двигатели за пределы центроплана для минимизации шума, увеличивая при этом сопротивление ЛА. Вероятно и снижение зон звукового дискомфорта вокруг аэропортов, нередко расположенных практически в городской черте.

Но самое главное в другом: что об этом решении думают разработчики двигателей? Подчеркнём: не горелок, а двигателей. Хочется верить, что проф. Агравал если не заново рассчитывал двигатели с новым материалом (и получил нечто удобоваримое), но хотя бы консультировался с профессионалами.

Разрушение реактивного двигателя (на фото процесс в начале) в воздухе часто является следствием воздействия звуковых волн, создаваемых им самим. (Фото Scrolli.com)