Het is cliché om iets heel luidruchtigs te omschrijven als 'luider dan een straalmotor'. Maar supersonische straalmotoren, zoals die jagers aandrijven die door het Amerikaanse leger worden gevlogen, zijn zo veel luider dan gewone straalmotoren dat wetenschappers een speciale term voor hun geluid hebben - 'breedbandschokgeassocieerd geluid'.

Nutsvoorzieningen, een team van docenten en studenten van de afdeling Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek van de Universiteit van Kansas zal innovatieve technologieën ontwerpen en testen om het geluid van supersonische militaire jets te verminderen. Het Strategic Environmental Research and Development Program (SERDP) van het Amerikaanse ministerie van Defensie, het milieuwetenschaps- en technologieprogramma van de DoD, ondersteunt een jaar, $200, 000 inspanning aan de KU, met het potentieel om die steun in de komende jaren uit te breiden.

"Dit project zal ideeën testen om het straalgeluid van supersonische militaire vliegtuigen te verminderen, " zei ZJ Wang, Spahr Hoogleraar Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek aan de KU, wie leidt de nieuwe inspanning. "Momenteel, het geluid is zo hard dat het de gezondheid beïnvloedt van het personeel dat in de nabijheid van het vliegtuig werkt en van de mensen die dicht bij de militaire basis wonen. Dit is een uitdagend probleem, en we hebben een aantal nieuwe ideeën voorgesteld die potentieel hebben."

Wang's KU-medewerkers aan het werk zijn Saeed Farokhi, Ray Taghavi, Huixuan Wu en Charlie Zheng - allemaal faculteitsleden van de afdeling lucht- en ruimtevaarttechniek.

De onderzoekers zullen het potentieel onderzoeken van het installeren van schoepen in het uitlaatmondstuk van de straalmotor om een ​​"afschuiflaagwerveling" te creëren die de vermenging van de uitlaatgassen met de omringende lucht bevordert. waardoor geluid wordt verminderd.

Het team, het bestuderen van computationele vloeistofdynamica en computationele aero-akoestiek via supercomputers en onderzoek doen naar fundamentele stromingsfysica jetruis en akoestische metingen aan het Garrison Flight Research Center van de KU-afdeling, streven naar een ambitieuze reductie van drie decibel in jetgeluid, wat in feite het akoestische vermogen halveert.

"Swirl is de roterende beweging van stroom, Wang zei. "Als supersonische straaluitlaatgassen uit het mondstuk van een vliegtuig blazen, het is normaal gesproken recht naar buiten - er zou weinig tot geen werveling zijn. Het idee hier is om bij de uitgang een strategische rotatiebeweging te genereren om de vermenging van de straal met de omringende stationaire lucht te verbeteren om supersonische straalruis te verminderen. Er zijn veel onderzoeken gedaan naar geluidsbeperking die aantonen dat dit soort vermenging ruis kan verminderen."

Inderdaad, het mengen van de uitstroom van de jet met de omgevingslucht om het geluid te verminderen is geen nieuw idee. Commerciële jets gebruiken al jaren apparaten op mondstuklippen om een ​​vergelijkbaar geluidsonderdrukkend effect te bereiken. Maar volgens Wang de technologie die wordt gebruikt op subsonische jets is niet zo effectief voor de supersonische jagers van het Amerikaanse leger.

"Commerciële vliegtuigen hebben het chevron-mondstuk - een zaagtandachtige vorm - gebruikt om geluid te verminderen, " zei hij. "Voor subsonische vliegtuigen, dat concept is zeer effectief gebleken, dus het is tegenwoordig bijna universeel in commerciële vliegtuigen. Maar dat concept is niet zo effectief voor supersonische jets. Hier proberen we het mengen te verbeteren met strategische productie van roterende stroming. Ik denk dat niemand dit idee nog in deze setting heeft getest. Wervelgeneratie-schoepen zullen in de mondstukwand worden geïntegreerd om het gewenste niveau van rotatiestroom te genereren."

Een ontwerpuitdaging waarmee de KU-onderzoekers worden geconfronteerd, is hoe strategisch genoeg werveling in de uitgangsstroom van de supersonische jet kan worden gegenereerd om het geluid te verminderen en het verlies van de stuwkracht van de jet te minimaliseren.

"De wervelschoepen zullen onvermijdelijk de stroming blokkeren en enigszins weerstand produceren, dus er zal wat prestatieverlies zijn in termen van stuwkracht, "Zei Wang. "Ons idee bij strategische wervelinjectie is om dit verlies te minimaliseren en tegelijkertijd de vermindering van jetruis te maximaliseren."

Het team zal de mogelijkheid onderzoeken dat geluidsreducerende schoepen zich aanpassen aan een neutrale positie nadat een supersonische jet is opgestegen. dus de straalmotoren werken met een zeer klein vermogensverlies zodra het vliegtuig op kruishoogte is.

"Schoepen kunnen worden afgesteld in een puur axiale positie, met bijna nul straf in termen van stuwkracht, " zei Wang. "Je krijgt in wezen de volledige stuwkracht."

Het concept is gebaseerd op eerdere onderzoeken door leden van het team, zei Wang.

"Professoren Saeed Farokhi en Ray Taghavi publiceerden verschillende werken over verbeterde menging van wervelende stralen met toepassing op brandstof en lucht om de verbrandingsefficiëntie van de motor te maximaliseren door middel van werveling, " zei hij. "Het werd experimenteel bewezen dat het effectief was. Dus, toen de DoD-oproep voor een voorstel kwam en we met z'n vijven geïnteresseerd waren, we hadden wat brainstormsessies en merkten op dat het mechanisme van de chevrons gewoon verbeterde vermenging was - dus we wisten dat ingebedde schuiflaagwerveling potentieel zou kunnen hebben in supersonische jetruisonderdrukking."

De subsidie ​​zal ook helpen bij het opleiden van een nieuwe generatie lucht- en ruimtevaartingenieurs via experimenten in het vluchtonderzoekscentrum van de KU en computermodellering in twee faciliteiten:het KU Center for Research Computing en het National Center for Supercomputing Applications (waar een afzonderlijke subsidie ​​aan Wang 200, 000 node-uren rekentijd op Blue Waters, een van 's werelds grootste supercomputers).

"We hebben twee promovendi in dienst, een masterstudent en een bacheloronderzoeker, Wang zei. "Die studenten zullen experimenten en berekeningen doen, nauw samenwerken met de faculteit. Dit project over geavanceerde technologieën en innovatieve concepten zal onze studenten waardevolle ervaringen bieden die hun toekomst kunnen vormgeven."