"Глобальных задач две: первая - изучить шум, вторая - научиться правильно от него защищаться", - Роман Бульбович, декан аэрокосмического факультета ПНИПУ

Гости: Бульбович Роман, декан аэрокосмического факультета ПНИПУ, профессор кафедры Ракетно-космическая техника и энергетические системы, доктор технических наук; Анатолий Ташкинов, ректор ПНИПУ

Ведущий: Роман Попов

В настоящее время экологические характеристики авиационного транспорта являются одними из главных показателей, определяющих его конкурентоспособность на мировом рынке и беспрепятственную эксплуатацию на международных авиалиниях. Анализ экологических характеристик отечественного парка пассажирских самолётов и двигателей с точки зрения соответствия действующим международным нормам по шуму и эмиссии вредных веществ показывает, что доля эксплуатируемых самолётов и двигателей, удовлетворяющих им, составляет менее 10 %. Тогда как в передовых зарубежных странах эта доля достигает 85-90 %. Если ситуация так будет развиваться дальше и не будут приняты срочные меры, то это приведёт к полному вытеснению с мирового рынка гражданской авиационной техники российского производства, в том числе и с внутреннего.

Исследовательская работа имеет две составляющих: фундаментальную и прикладную. Фундаментальная составляющая направлена на установление механизмов возникновения шума. В поле зрения «элементарная турбулентность» - кольцо, вылетающее из сопла, его формы и частоты колебаний. Прикладная работа направлена на создание звукопоглощающих конструкций - ЗПК, позволяющих снизить шум двигателя. Эта часть работы распадается на необходимость исследования характеристик акустического поля авиационного двигателя, и интересны не только частоты, но и формы колебаний. Для изучения акустического поля используются антенны, имеющие различны формы и вопрос для исследования: каковы должны быть координаты установки микрофонов в антенне. Для модального анализа необходимы соответствующие вычислительные программы. Каковы должны быть геометрические размеры ЗПК, основы его проектирования. Важна и технология его изготовления.

За три года на Пермской земле должна быть создана школа авиационной акустики – кадровый потенциал и экспериментальная база акустических исследований; накоплен опыт для создания перспективных малошумящих двигателей; создано ЗПК для нового двигателя ПД-14, обладающее заданными звукопоглощающими свойствами.

- Мне не очень понятно, что такое авиационная акустика.

- Акустика - это наука о распространении слабых возмущений. Сильные возмущения распространаются со скоростью, большей чем скорость звука. Авиационная акустика изучает распространение звука и поток.  Источником звука является турбулентность. Механизм генерации звука изучен очень сабо. Если называть две вещи, которые определяют акустические свойства двигателя, то это теория горения и сама акустика.

- Авиационная акустика изучает шум от самолета, простите меня. Это так?

- Не только шум от самолета. Это шум внутри самолета. В двигателе много источников звука. Это вентилятор, турбина, камера сгорания. В фюзеляже это закрылки, шасси и т.д.

Самое главное - это струя, истекающая из двигателя.

Экология распадается на две составных части - эмиссия вредных веществ и шум. К шуму предъявляются все более ужесточающиеся требования. Мы, в Перми, знаем, что заходящие на посадку самолеты доставляют жителям немало неудобств. 

- А зачем изучать шум от самолета?

- При ООН существует организация ИКАО. Она занимается вопросами гражданской авиации, формирует требования, которые предъявляются к двигателям и самолетам. Экология распадается на две составных части - эмиссия вредных веществ и шум. К шуму предъявляются все более ужесточающиеся требования. Мы, в Перми, знаем, что заходящие на посадку самолеты доставляют жителям немало неудобств. Как ни странно, а экологических проблем, связанных с самолетостроением, две. Первая - выброс вредных веществ и вторая - шум. Плотность полетов сегодня такова, что самолеты часто появляются поблизости от городов. Двигатель - не единственный источник шума в самолете. В Европе вводятся запреты на полеты самолетов в ночное время.

- Я слышал, что целые отрасли авиастроения признавались тупиковыми из-за того, что не удавалось решить проблемы с шумом. Конкорды - тому пример. Так получается?

- От Конкорда отказались потому что это сверхзвуковой самолет и нет необходимости экономить время в полете, когда время подготовки к полету и окончания полета "съедает" все преимущества скорости. Шум от него выше. В методах борьбы с шумом от сверхзвуковых самолетов появились новые идеи - плазменные технологии.

Когда мы говорим о потоках, речь идет о потоках воздуха, которые обтекают корпус самолета. Шум от самого самолета около 100 Дб. Шум от обтекания воздухом стоек шасси - это 5 Дб. А когда речь идет о турбулентности  - шум от нее гораздо выше, чем от ламинарных потоков.

- Сколько лет науке авиационной акустике?

- ИКАО появилось в 1944 году. Мы стали его членами в 1980-м. Сама проблема шума возникла тогда же, когда возникли и двигатели. А вот системное изучение шумов и разработка методов борьбы с ними возникли 30 - 40 лет назад.

- За это время возник набор каких-то направлений, трендов. Можно их вычислить?

- Задача акустики распадается на несколько подзадач. Есть фундаментальные исследования, например, мы сейчас исследуем механизм генерации шума от такого простого явления как кольцо, вылетающее из сопла. Это элементарная турбулентная структура, которая звучит.

- Это кольцо чего?

- Это кольцо воздуха, то, что выбрасывается из двигателя. Чтобы предупредить скатывание бублика с сопла делают шевронные вырезы - чтобы задняя кромка сопла была ребристой. Это уменьшает шум.

Прикладная акустика тоже имеет несколько направлений. Например, нужно создать ЗПК - звукопоглощающую конструкцию. Нужно учиться определять ее геометрические характеристики и ее свойства глушить шум в определенных частотных диапазонах. Чтобы правильно сконструировать ЗПК, нужно правильно изучить источник, колебания.

- Вы берете шум, раскладываете его на составляющие, пытаетесь определить источники.

- Есть самые разные колебания. В самолете все части вращающиеся и важно различать крутильные колебания, анализа которых не проводилось.

Можно изучать шум в целом, можно разложить его на составляющие - это позволяет более качественно работать в каждом из направлений. Глобальных задач две: первая - изучить шум, вторая - научиться правильно от него защищаться.

- Хорошо, сейчас вы разложили шум на разного рода колебания и их источники, а потом последовательно решаете задачи их поглощения.

- А дальше мы должны адаптировать шум к человеческому уху. Надо учитывать как летит самолет - его траекторию, время подъема и т.д. Сейчас говорят о необходимости корректирования пилотирования, чтобы уменьшить количество шума.

Шум изучается с помощью антенны и каждый микрофон, который стоит в этой антенне - это экспериментальная точка. Важно расположить точки так, чтобы получить наиболее полную информацию о шуме.

Можно изучать шум в целом, можно разложить его на составляющие - это позволяет более качественно работать в каждом из направлений. Глобальных задач две: первая - изучить шум, вторая - научиться правильно от него защищаться.

- Когда мои домашние обвиняют меня в том, что радиоприемник слишком шумит. Выяснилось, что я делаю громче не потому что я глухой, а потому что мне нужно разобрать отдельные слова - не очень качественный динамик давал некачественный звук. Заменив приемник на более современный я перестал нуждаться в большой громкости. А шум бывает полезным? Например, человек, который едет на автомобиле, по шуму мотора может многое сказать о состоянии автомобиле.

- Про шум от самолета ничего не могу сказать. Скорее всего, это вредное явление для самолета. Когда двигатель испытывается на стенде, шумовые показатели могут служить диагностике. В целом, снижение шума - это экологические требования.

- А можно ли избавиться от шума вообще?

- Думаю, что нет. Шум связан с турбулентностью. Плазменными технологиями можно значительно снизить шум, можно изменять даже аэродинамические коэффициенты апаратов, но пока они применяются для больших скоростей у военных.

- Но можно дойти до планки, когда шум не будет вызывать беспокойство, перестанет быть проблемой?

- Для гражданской авиации 15-й год - это минус 15Дб. 30-й год - это минус 30 Дб. Это значит, что в более, чем в 10 раз мы уменьшили пульсацию давления. Бока большего снижения шума не планируется.

- Какие науки в решении этой проблемы на передовой?

- Это сама аэроакустика. Двигатель - это трехконтурная система. необходимо иметь установки, которые могут моделировать эти явления. На сегодня у нас таких установок нет.

У нас в Перми есть сформировавшиеся научные школы, направления, когда коллективы достаточно долго занимаются какой-то проблемой. Все, что связано с аэроакустикой, для Перми  - новая проблема. Мы приступили к этому несколько лет назад. Это не значит, что мы позади всех. Мы выбрали себе незянятую нишу и в этой области ведем исследования. Мы только формируем научные коллективы, лабораторную базу.

- О какой нише мы сейчас говорим?

- Первая ниша фундаментальная - это механизм генерирования шума.

- Это и есть тот неизученный слой, который достался пермякам. Чем мы еще занимаемся, сколько у вас человек?

- Одна из задач - подготовка кадров. Мы планируем подготовить магистерскую программу. Вузов, которые занимались бы подготовкой специалистов по авиаакустике, в стране нет.

Мы идем сразу по двум направлениям: создаем уникальную, суперсовременную лабораториюи привлекаем лучших российских специалистов, которые вместе с нами создают лабораторию акустических шумовых исследований.

- В России нет авиационных акустиков? И мы берем себе это направление?

- Надо понимать, что таких специалистов не так много и надо. Тут важно иметь тех, кто научить и создать лабораторную базу. Мы тут идем сразу по двум направлениям: мы создаем уникальную, суперсовременную лабораторию. Второе - в Перми собственных компетенций недостаточно и мы привлекаем лучших российских специалистов, которые вместе с нами здесь создают лабораторию акустических шумовых исследований.

- В России осталось два центра, связанных с авиадвигателями - Пермь и Рыбинск. Такой центр, как ваш, мог появиться либо у нас, либо в Рыбинске? Других вариантов и не было?

- Это не так. Просто в Перми на слуху наш центр двигателестроения, который входит в корпорацию. Но авиационным двигателестроением в Росси по прежнему занимаются многие организации. Это и Самара, и Казань, и Уфа, и Москва. Другое дело, что единственный перспективный центра гражданского двигателестроения - это Пермь. Других настолько масштабных в России сегодня нет.

- А вам в связке с производством обязательно находиться?

- Обязательно. Задача - создать звукопоглащающую конструкцию. А это не только расчеты, но и сама композитная конструкция. У нас существует центр композитных технологий, который позволяет решать эти задачи.

- А кто был первым? Кто сказал, что надо заниматься этой проблемой в Перми?

- Генеральный конструктор Иноземцев.

- Значит, набор простых задач поставили производственники. Есть у вас такой список?

- Конечно есть и главное - звукопоглощающая конструкция, которую мы должны создать, чтобы двигатели соответствовали требованиям ИКАО. Это не только двигатель. Это и мотогондола и шасси и т.д. Рассматривается три тапа: взлет, полет и посадка. Труднее всего обеспечить шумопоглощение как раз на посадке, потому что выдвигается шасси. Мы должна заниматься всем, но в первую очередь - двигателем.

- Исходя из задач, университет предоставил лаборатории.

- Да. И нам помогло то, что университет стал национальным исследовательским и то, что с самого начала в качестве приоритета ПНИПУ было заявлено авиационное двигателестроение. Университету были выделены дополнительные федеральные ресурсы для решения актуальных задач, которые мы обозначили.

- Сколько лет вашему научному коллективу?

- Сам коллектив еще в стадии формирования. Он многовозрастной. Есть такие, как я, а есть и студенты, которые работают над проблемой. Всего у нас сейчас человек 30.

- С какого курса студент может быть достаточно компетентным для того, чтобы участвовать в ваших работах?

- У нас есть парнишка третьекурсник. Он в нашем коллективе. Сейчас он решает одну конкретную задачу. Поглощающая конструкция пористая и важно определиться с оптимальным размером и формой поры. Он этим и занимается.

- А сколько еще вот таких минизадач вы можете раздать студентам?

- Еще примерно шесть таких направлений. То есть, человек 5 - 6 студентов вполне могут подключиться.

- А есть желающие?

- Есть, приходят ребята.

- Их интересует само решение научной проблемы или последующий за этим прикладной выхлоп?

- Все зависит от характера, но интерес у них сейчас научный, прикладной.

- Есть у нас сейчас соперники в мире?

- Мы сейчас отстаем. Были тяжелые годы, маленькое финансирование. Ведь были предложения как погасить шум. Но эти тенденции надо еще воплотить. Это для двигателей 4 - 5 поколения. Для 60-го поколения придется решать проблему на новом уровне. Сейчас важно сделать некий задел.

К созданию двигателя шестого поколения только приступают. Его производство планируется после 25 года.

- Мы отстаем. Вам известно что-то о научных разработках зарубежных коллег?

- Ими планка достигнута. Летают самолеты, двигатели которых соответствуют экологическим требованиям. Мы пока еще не достигли этой планки. Об отставании справедливо говорить и в прикладных задачах и в фундаментальных. Везде. Создавая лабораторную базу мы будем преодолевать отставание.

- Сколько лет вам нужно, чтобы преодолеть разрыв?

- Через два с небольшим года лаборатория должна появиться.

- А где берете оборудование?

- В фирме (неразборчиво). ПО тоже их. Но мы будем создавать свое ПО и использовать новую форму антенн.

Через 3-5 лет мы можем выйти на мировой уровень и приготовить решения для двигателя 6-го поколения.

- То есть своими задачами вы загружаете и программистов. В конечно итоге можно подсчитать сколько ученых будут работать над решением проблемы, которую поставили ребята с авиадвигателя? В целом.

- Затрудняюсь сказать. Это масштабная задача. Мы можем сколько угодно расширять базы, создавать лаборатории, но, я думаю, эти 30 - 40 человек - это достаточно работоспособный коллектив. Качество каждого приподнимем и подумаем кого привлечь из-за рубежа. Через 3-5 лет мы можем выйти на мировой уровень и приготовить решения для двигателя 6-го поколения.

- С научными центрами России сотрудничаете?

 - В основном это ЦАГИ - Центральный аэродинамический институт имени Жуковского. Сейчас существуют правительственные мегапроекты привлечения ведущих ученых в российские вузы. Мы выиграли один из таких проектов и Виктор Федорович Копьёв - это самый известный в России ученый, признаваемый в мировом сообществе, руководитель отдела в ЦАГИ, в котором работает 70 человек. Он непосредственно в Перми создает вместе с нами эту лабораторию. Он работает в ПНИПУ, разрываясь между двумя организациями, под его имя университет получил серьезные деньги. Добавив сюда средства авиадвигателя, свои собственные, мы создаем лабораторию.

- Если есть ЦАГИ, который занимается этим очень давно, почему бы им не поручить эту проблему? Зачем создавать все с нуля?

- Мы изучаем не просто шум, мы изучаем его составляющие и источники. Людей в отрасли не хватает, возникают новые задачи. Появилась возможность создать экспериментальную базу, которая будет лучше, чем в ЦАГИ. Антенн, которые мы приобрели, в ЦАГИ нет, ПО такого тоже нет.

- Насколько еще недополнена идеями, изобретениями, учеными отрасль авиационной акустики в России? Появятся ли аналогичные вашей команды, аналогичные центры в стране?

- Возможно. Если будут внедряться плазменные технологии, это потребует создания нового центра. И кто-то возьмется за создание этого центра, а может быть и мы успеем.

- Как оказалось, авиационная акустика - самостоятельная научная отрасль. Невозможно снизить шум до нуля. Я так понимаю, что еще работать и работать. Направлений около десятка. В Перми работают несколько лет. Когда ваш студент третьекурсник дойдет о уровня кандидата наук, вы сможете говорить, что научная база создана, команда собрана?

- Я думаю, это будет раньше - года через три. Мы взяли на себя обязательство создать к этому времени основу. Кто-то уйдет в другую отрасль, придет кто-то новый.

- В каких еще областях человеческой деятельности ваши наработки могут быть применимы?

- Это строительство, железные, автомобильные дороги. Шумоглушение актуально там. Новые шумозащитные материалы, которые будут создаваться, могут найти применение в других областях. Наработки в области физики горения могут привести к другим качественным изменениям, пониманию того, как строить авиадвигатель.

- Задача после этих трех лет?

- Поиск новых технических решений для самолетов шестого поколения. Ие научные направления, которым будет придан импульс, будут и дальше развиваться и не только в прикладном плане. Будут продолжены фундаментальные исследования и в коллектив будут приходить и физики, и математики, и программисты. Работа непочатый край.