کاهش صدای ملخ هلیکوپتر با استفاده از spoiler

از طرفی انجام ماموریت‌های شهری و صدای ناهنجار ایجاد شده از پروانه‌ها و موتور موجب آلودگی صوتی و تاثیر مخرب بر عوامل زیست محیطی و تغییر رفتار حیوانات می‌گردد و یا در جنگ‌ها صدای هلیکوپتر باعث آگاهی دشمن شده و ممکن است که این موضوع در پیشرفت عملیات تاثیر منفی داشته باشد درنتیجه امروزه در طراحی هلیکوپترها به این موضوع توجه می‌شود .

نویز و صدا در هلیکوپتر از دو عامل آیرودینامیکی مجزا ایجاد می‌شود: هوای فشرده نوک ملخ پیشرو(Advancing Blade) بر اثر سرعت بالای نزدیک به صوت و نوسانات فشار متغیر به دلیل اغتشاش هوای ایجاد شده ملخ قبلی(retarding Blade)  

محور ورتکس موازی محور طولی ملخ بوده و موجب لرزش عرضی پروانه می‌شود. در این راستا بررسی‌های زیادی انجام شده برای نمونه دکتر سیت و همکارانش در نتیجه تحقیقات و بررسی‌های خود که در ۲۶ آپریل سال ۱۹۸۹ در مجلهJournal of aircraft چاپ شد، بیان کردند که صدای ملخ پس‌رو زمانی‌که پروانه‌ها از نزدیکی ورتکس ایجاد شده ملخ قبلی بگذرد (در کم کردن ارتفاع و یا مانور) بیشتر می‌شود. 

دلیل این است که ورتکس‌ها بر روی ملخ اختلالات آیرودینامیکی ایجاد می‌کنند و همچنان که پروانه می‌چرخد تیغه‌ها با ورتکس قبلی برخورد کرده و با از دست دادن نیروی گریز از مرکز و استقرار فشار جوی صدا ایجاد می‌شود، با آزمایش‌های متعدد به این نتیجه رسیدند که با نصب یک اسپویلر که مانند پر است که با تغییر شکل هنگام تشکیل ورتکس و توربالانس آن ‌را از فرم خارج کرده و در نتیجه ملخ بعدی که به آن ناحیه می‌رسد با اعوجاج هوا برخورد نمی‌کند و در نتیجه تاثیر به سزایی در کم کردن صدا خواهد داشت. شدت صدا بر مبنای موج صدا در واحد سطح هم جهت و عمود بر آن تعریف می‌شود I=1/2(Re)(PU) 

همانطور که در فرمول دیده میشود چنانچه سایر پارامترها ثابت باشند، شدت صدا (I) وابسته به عدد رینولدز و فشار صدا است. 

همانطور که پیشتر گفته شد اسپویلر موجب کاهش توربالانس جریان شده که آن‌ هم عدد رینولدز را کم کرده و در نتیجه صدا کم می‌شود، پس کم شدن عدد رینولدز موجب کم شدن شدت صدا می‌شود .

 بررسی‌ها و تحقیقاتی جهت کم کردن صدای ملخ BVI(Blade Vortex Interaction) و کم کردن لرزش انجام شده که از روش‌های Active Rotor Technology 

 Higher Hydraulic control (HHC) و Individual blade Control (IBC) استفاده شده که این بررسی‌ها با کنترل گام ملخ در ریشه انجام پذیرفت .

هر دو روش HHC &IBC توانست تا اندازه‌ایی صدای ملخ و لرزش را کم کند ولی در بعضی موارد دیده شده که موجب افزایش EDGEWISE MOTION و گشتاور پیچشی و کنترل بار در سطح ملخ می‌شود و در آزمایشی دیگر با کنترل فلپ فعال موجب کاهش صدای ایجاد شده و در نتیجه کاهش ورتکس و همچنین کم شدن لرزش در پرواز گردید و البته در این رابطه تلاش‌های بسیاری شده ولی در نهایت طراحی اسپویلر و اندازه گیری داده‌ها و راه اندازی نمونه آزمایشی ملخ مورد توجه قرار گرفت.

نمونه آزمایشی بر اساس ملخ آگوستا A129 که یک هلیکوپتر نظامی مربوط به قرن ۲۱ می‌باشد با نسبت ۱۱:۱ نسبت به نمونه اصلی ساخته شد، ملخ توسط موتور DC گرداننده میشد که بر روی یک استند ثابت شده بود .

روش آزمایش به این ترتیب بود که Spoiler در داخل ملخ و در Trailing edge نصب و بخشی از آن مانند پر از لبه فرار بیرون زده ِکه این بخش بایستی قابلیت FLAPPING و نوسان بدون تغییر شکل را داشته باشد و همچنین جنس اسپویلر بایستی از موادی با قابلیت میرایی لرزش و مقاوم در دمای بالا و انعطاف پذیر باشد و با توجه به این خواص لاستیک می‌تواند گزینه مناسبی باشد چون دارای خاصیت نفوذپذیری کم نسبت به هوا، گازها، رطوبت، میرایی لرزش و ... است، درنتیجه برای این موضوع آزمایشی دو ماده نیوپرن و سیلیکون مور استفاده قرار گرفت .

در این تست طول اسپویلر ۱۸ اینچ و پهنای آن ۵.۵ اینچ بود که ۱.۵ اینچ بیشتر از پهنای ملخ بود، قسمت بیرون زده به اندازه مساوی تقسیم و برش زده شد و مورد آزمایش قرار گرفت .روش آزمایش بدین ترتیب بود که ابتدا صدای اتاق اندازگیری شد که 57db بود و سپس میزان صدا با نصب اسپویلر و بدون آن در RPM های مساوی اندازه گیری شد، نتیجه تست نشان می‌دهد که صدای ایجاد شده توسط ملخ با اسپویلر کمتر از ملخ بدون آن می‌باشد .

در نمودار بالا دیده می‌شود که با افزایش سرعت چرخش ملخ صدای تولیدی هم بیشتر میشود و بالاترین حد صدا را در ملخ بدون اسپویلر ثبت شده و مشاهده می‌گردد که با افزایش ضخامت اسپویلر در مواد متفاوت میزان صدا کمتر شده و این نتیجه به دست آمده که در راستای کم کردن صدای ملخ هلیکوپتر استفاده از اسپویلر در لبه فرار مناسب‌ترین و به صرفه‌ترین روش می‌تواند باشد .