美国陆军宣布，其研究人员与 Uber 研究实验室合作，正在为下一代陆军航空器机队开发静音高效的 VTOL，或垂直起降操作。
目前，秘密运送部队和补给是未来垂直升力飞机的陆军现代化优先事项。
美国陆军作战能力发展司令部 (DEVCOM) 陆军研究实验室的研究人员与 Uber 和德克萨斯大学奥斯汀分校合作，研究了电动垂直起降飞机的声学特性，这些飞机使用分布式电力推进来为飞行提供动力。
根据最近在垂直飞行协会第 76 届年度论坛论文集上发表的一篇论文，这些 eVTOL 车辆可能会帮助陆军完成空中监视和货物运输等重要任务;然而，与传统直升机相比，它们的旋翼更小。因此，eVTOL 转子可能会发出不同的声音特征，研究人员必须考虑到这一点。
这一概念的初步实验表明，堆叠式同向旋转旋翼有可能比传统的成对旋翼方法更安静，并提高飞行器的性能。迄今为止，堆叠的同向旋转旋翼尚未部署在现有的飞行器中。
“你从这些较小的转子中听到的噪音是通过完全不同的物理机制产生的，”该实验室车辆技术局的陆军研究工程师 George Jacobellis 博士说。“需要改进传统建模技术以解决所有产生的噪音，以便车辆设计人员能够了解实际听到的内容。”
标准直升机噪声模拟主要侧重于预测厚度噪声和装载噪声，因为它们构成了大型直升机的主要噪声源。
厚度噪声源于转子叶片对空气的位移，而当升力和阻力作用在旋转翼周围的空气上时，就会产生加载噪声。它们共同构成了专家所说的音调噪声。
相比之下，陆军研究人员怀疑 eVTOL 旋翼会产生比音调噪声更多的宽带噪声，这是指由湍流引起的声音。
“我们不知道宽带噪声是否重要，但我们知道音调和宽带噪声的比例不同，”Jacobellis 说。“我们认为，随着转子变小，在某些时候宽带噪声将成为主要来源。”
该团队在他们的研究中证实了他们的假设，该研究不仅测量了各种 eVTOL 旋翼配置的声学特性，还评估了 eVTOL 旋翼直升机噪声模拟的建模能力。
在现场实验期间，研究人员设置了一个带有两个电动转子的测试台，并使用围绕转子轮毂的圆形阵列放置的九个麦克风记录了转子平面上方和下方产生的噪音。
在模拟过程中，该团队利用了旋翼机综合分析系统和一个名为 PSU-WOPWOP 的独立程序，这是一种常规噪声预测代码，以直升机叶片发出的声音的拟声词命名。
“RCAS 计算叶片上的空气动力载荷或力，以及叶片的弯曲和扭曲，”Jacobellis 说。“这些信息对于用作 PSU-WOPWOP 的输入是必要的，PSU-WOPWOP 计算转子产生的噪音。连接这两个程序需要大量的工作，我们的团队也完成了这项工作。”
研究人员使用 Pegg 方法对 PSU-WOPWOP 中的宽带噪声进行建模，模拟程序中存在的两种设置之一，另一种称为 Brooks 方法。
Pegg 的方法根据整个转子的实验数据进行宽带噪声预测，而 Brooks 的方法则考虑了沿叶片的独特升力分布。
“[这些技术] 在预测 eVTOL 转子噪音的能力方面很有前途，但我们需要做更多的工作才能获得可接受的精度，”雅各贝利斯说。“接下来的步骤是实施 Brooks 方法以进行更高精度的声学预测，并比较模拟和实验之间的不稳定载荷，以检查模拟在预测不稳定载荷方面的准确性。Brooks 方法应该更擅长捕捉独特的配置和负载分布。”
研究人员还发现，同轴同向旋转转子或堆叠转子可能比传统转子提供更好的性能和更低的噪音。与使用布置在单个平面中的叶片的传统转子不同，堆叠式转子将叶片放置在多个平面中。
根据他们的研究结果，具有等距转子叶片的堆叠转子产生的噪音水平最低，与传统转子的噪音水平大致相同。
通过研究不同的轴向间距值，陆军研究人员相信他们可能会发现一种堆叠式转子配置，其产生的噪音低于传统转子。
“我确实认为堆叠转子对 eVTOL 应用有益，”Jacobellis 说。“增加的设计自由度将允许提高效率并控制声学特征，这已在结果中显示出来。然而，需要更多的调查来量化轴向间距的降噪效果。”
