Российские ученые впервые точно определили, какие именно части крыла сверхзвукового самолета создают наибольший шум во время посадки. Для этого они провели масштабное численное моделирование, задействовали суперкомпьютер и разработали собственный инструмент анализа шума. Исследование помогло понять, какие элементы конструкции сильнее всего влияют на уровень шума, и где именно находятся основные его источники.
Проект выполнили специалисты из Института прикладной математики им. Келдыша РАН и МФТИ. Они смоделировали поведение воздуха вокруг крыла прототипа сверхзвукового бизнес-джета — в конфигурации посадки, когда выпущены закрылки и предкрылки. Задача была — не просто рассчитать, насколько громким будет шум, а выяснить, откуда именно он идёт.
Расчеты выполнялись на суперкомпьютере «Ломоносов-2», с использованием собственного программного комплекса NOISEtte. На сбор данных потребовались десятки часов. Использовались графические ускорители Tesla V100.
Чтобы понять, как звук распространяется вдаль, применили метод Фокса Уильямса–Хокингса. Он работает на основе данных, собранных на специальной поверхности вокруг крыла — вне зон, где аэродинамика ведет себя слишком сложно.
Выяснилось, что основной шум создаётся из-за сложной структуры вихрей. Особенно интенсивно звук генерируется в двух зонах. Первая — у передней кромки, где нестабильные вихри образуются из-за геометрии предкрылка. Вторая — у задней кромки, где взаимодействуют потоки, идущие от разных секций закрылков.
Подтвердить источники помог бимформинг. Он позволил «увидеть» карту шумов — и на каких частотах они возникают. Оказалось, что на низких частотах (до 250 Гц) преобладает дипольный шум, а на высоких (1 кГц и выше) — монопольный. Это важно, потому что механизмы их образования разные, а значит и подходы к снижению будут отличаться.
Метод бимформинга оказался достаточно точным. Спектры, полученные с его помощью, хорошо совпали с теми, что были рассчитаны по классическим методам. Это значит, что его можно использовать для локализации шума в других задачах