Zanieczyszczenie hałasem samolotów - Aircraft noise pollution

Zanieczyszczenie hałasem samolotów odnosi się do hałasu wytwarzanego przez samoloty w locie, który jest powiązany z kilkoma negatywnymi skutkami zdrowotnymi związanymi ze stresem, od zaburzeń snu po zaburzenia sercowo-naczyniowe. Rządy wprowadziły szeroko zakrojone kontrole, które mają zastosowanie do projektantów, producentów i operatorów samolotów, co skutkuje ulepszonymi procedurami i ograniczeniem zanieczyszczeń.

Produkcja dźwięku podzielona jest na trzy kategorie:

  • Hałas mechaniczny — obrót części silnika, najbardziej zauważalny, gdy łopatki wentylatora osiągają prędkość ponaddźwiękową.
  • Hałas aerodynamiczny — z przepływu powietrza wokół powierzchni samolotu, zwłaszcza podczas niskich lotów z dużą prędkością.
  • Hałas z systemów samolotu — systemy zwiększania ciśnienia i klimatyzacji w kokpicie i kabinie oraz pomocnicze jednostki zasilania.

Mechanizmy produkcji dźwięku

Śmigło samolotu generujące hałas

Hałas lotniczy to zanieczyszczenie hałasem wytwarzane przez statek powietrzny lub jego elementy, czy to na ziemi podczas postoju, np. pomocnicze jednostki napędowe, podczas kołowania, podczas rozruchu ze śmigła i wydechu odrzutowca, podczas startu, pod i w poprzek ścieżki odlotu i przylotu , przelatywanie podczas lotu lub podczas lądowania. Poruszający się samolot, w tym silnik odrzutowy lub śmigło, powoduje sprężanie i rozrzedzenie powietrza, powodując ruch cząsteczek powietrza. Ruch ten rozchodzi się w powietrzu w postaci fal ciśnienia. Jeśli te fale ciśnienia są wystarczająco silne i mieszczą się w słyszalnym spektrum częstotliwości , powstaje wrażenie słuchu. Różne typy samolotów mają różne poziomy hałasu i częstotliwości. Hałas pochodzi z trzech głównych źródeł:

  • Silnik i inne odgłosy mechaniczne
  • Hałas aerodynamiczny
  • Hałas z systemów lotniczych

Silnik i inne odgłosy mechaniczne

Naukowcy NASA z Glenn Research Center przeprowadzający testy hałasu silników odrzutowych w 1967 r.

Duża część hałasu w samolotach śmigłowych pochodzi w równym stopniu ze śmigieł i aerodynamiki. Hałas helikoptera to hałas powodowany przez aerodynamikę z głównego i tylnego wirnika oraz mechanicznie wytwarzany z głównej skrzyni biegów i różnych łańcuchów transmisyjnych. Źródła mechaniczne wytwarzają wąskopasmowe szczyty o wysokiej intensywności związane z prędkością obrotową i ruchem ruchomych części. W kategoriach modelowania komputerowego hałas z poruszającego się statku powietrznego można traktować jako źródło liniowe .

Lotnicze silniki turbinowe (silniki odrzutowe ) są odpowiedzialne za znaczną część hałasu podczas startu i wznoszenia, takiego jak hałas piły brzęczącej generowany, gdy końcówki łopatek wentylatora osiągają prędkość ponaddźwiękową. Jednak wraz z postępem w technologiach redukcji hałasu – płatowiec jest zazwyczaj bardziej głośny podczas lądowania.

Większość hałasu silnika jest spowodowana hałasem odrzutowym — chociaż turbowentylatory o wysokim współczynniku obejścia mają znaczny hałas wentylatora. Strumień o dużej prędkości opuszczający tylną część silnika ma naturalną niestabilność warstwy ścinanej (jeśli nie jest wystarczająco gruba) i zwija się w wiry pierścieniowe. To później przeradza się w turbulencje. SPL związany z hałasem silnika jest proporcjonalny do prędkości strumienia (do dużej mocy). Dlatego nawet niewielkie redukcje prędkości spalin spowodują znaczne zmniejszenie hałasu odrzutowców.

Silniki są głównym źródłem hałasu samolotów. Przekładnia Pratt & Whitney PW1000G pomogła obniżyć poziom hałasu samolotów Bombardier CSeries , Mitsubishi MRJ i Embraer E-Jet E2 crossover wąskokadłubowe samoloty : skrzynia biegów pozwala wentylatorowi obracać się z optymalną prędkością, która stanowi jedną trzecią prędkości turbiny LP , dla niższych prędkości końcówek wentylatora. Ma o 75% mniejszy ślad akustyczny niż obecne odpowiedniki. Powerjet Sam146 w Suchy Superjet 100 elementów 3D aerodynamiczne łopatek wentylatora oraz gondolę z długim mieszanego przepływu kanału dyszy w celu zmniejszenia hałasu.

Hałas aerodynamiczny

Rozwinięte podwozie i klapy skrzydłowe 747

Hałas aerodynamiczny powstaje w wyniku przepływu powietrza wokół kadłuba samolotu i powierzchni sterowych. Ten rodzaj hałasu wzrasta wraz z prędkością samolotu, a także na małych wysokościach ze względu na gęstość powietrza. Samoloty z napędem odrzutowym wytwarzają intensywny hałas z aerodynamiki . Nisko lecące, szybkie samoloty wojskowe wytwarzają szczególnie głośny hałas aerodynamiczny.

Kształt nosa, przedniej szyby lub baldachimu samolotu wpływa na wytwarzany dźwięk. Duża część hałasu emitowanego przez samolot śmigłowy ma pochodzenie aerodynamiczne z powodu przepływu powietrza wokół łopat. W śmigłowca główny i wirniki ogonowe również powodować hałas aerodynamiczny. Ten rodzaj hałasu aerodynamicznego to najczęściej niska częstotliwość określona przez prędkość wirnika.

Zazwyczaj hałas jest generowany, gdy strumień przepływa przez obiekt na statku powietrznym, na przykład skrzydła lub podwozie. Zasadniczo istnieją dwa główne rodzaje hałasu płatowca:

  • Hałas ciała blefowego – naprzemienny wir rozchodzący się po obu stronach ciała urwistego , tworzy obszary niskiego ciśnienia (w jądrze wirów zrzucanych), które manifestują się jako fale ciśnienia (lub dźwięk). Oddzielony przepływ wokół ciała blefowego jest dość niestabilny, a przepływ „zwija się” w wiry pierścieniowe, które później zamieniają się w turbulencje.
  • Hałas krawędziowy – gdy przepływ turbulentny mija koniec obiektu lub szczeliny w konstrukcji (prześwity urządzenia wysokiego podnoszenia) towarzyszące temu wahania ciśnienia są słyszalne, gdy dźwięk rozchodzi się od krawędzi obiektu (promieniowo w dół).

Hałas z systemów lotniczych

APU spalin na Boeing 787 ogona, z panelem wlot otwartego

Systemy zwiększania ciśnienia i klimatyzacji w kokpicie i kabinie są często głównym czynnikiem w kabinach samolotów cywilnych i wojskowych. Jednak jednym z najważniejszych źródeł hałasu w kabinie pasażerskiego samolotu odrzutowego, innym niż silniki, jest pomocniczy zespół napędowy (APU), pokładowy generator używany w samolotach do uruchamiania głównych silników, zwykle za pomocą sprężonego powietrza , oraz do dostarczania energii elektrycznej, gdy samolot znajduje się na ziemi. Mogą również przyczynić się do tego inne wewnętrzne systemy samolotów, takie jak specjalistyczny sprzęt elektroniczny w niektórych samolotach wojskowych.

Efekty zdrowotne

Sędziowie lotniczy noszący ochronniki słuchu

Silniki lotnicze są głównym źródłem hałasu i mogą przekraczać 140 decybeli (dB) podczas startu. W powietrzu głównymi źródłami hałasu są silniki i turbulencje przy dużej prędkości nad kadłubem.

Podwyższony poziom hałasu ma konsekwencje zdrowotne . Podwyższone miejsce pracy lub inny hałas może powodować upośledzenie słuchu , nadciśnienie , chorobę niedokrwienną serca , rozdrażnienie , zaburzenia snu i pogorszenie wyników w nauce. Chociaż pewien ubytek słuchu występuje naturalnie wraz z wiekiem, w wielu rozwiniętych krajach wpływ hałasu jest wystarczający, aby osłabić słuch w ciągu całego życia. Podwyższony poziom hałasu może powodować stres, zwiększać liczbę wypadków w miejscu pracy oraz stymulować agresję i inne zachowania antyspołeczne. Hałas lotniskowy ma związek z wysokim ciśnieniem krwi. Hałas samolotów zwiększa ryzyko zawału serca .

Niemieckie badanie środowiskowe

Pod koniec 2000 roku Bernhard Greiser dla Umweltbundesamt , centralnego biura ochrony środowiska w Niemczech, przeprowadził zakrojoną na szeroką skalę analizę statystyczną skutków zdrowotnych powodowanych przez hałas powodowany przez samoloty . Dane dotyczące zdrowia ponad miliona mieszkańców wokół lotniska w Kolonii zostały przeanalizowane pod kątem skutków zdrowotnych skorelowanych z hałasem samolotów. Wyniki zostały następnie skorygowane pod kątem innych wpływów hałasu na obszarach mieszkalnych oraz pod kątem czynników społeczno-ekonomicznych, aby zmniejszyć możliwe zniekształcenie danych.

Niemieckie badanie wykazało, że hałas generowany przez samoloty wyraźnie i znacząco szkodzi zdrowiu. Na przykład średni dzienny poziom ciśnienia akustycznego 60 decybeli zwiększa chorobę wieńcową o 61% u mężczyzn i 80% u kobiet. Jako kolejny wskaźnik, średni poziom ciśnienia akustycznego w nocy wynoszący 55 decybeli zwiększał ryzyko zawału serca o 66% u mężczyzn i 139% u kobiet. Statystycznie istotne skutki zdrowotne zaczęły się jednak już przy średnim poziomie ciśnienia akustycznego 40 decybeli .

Porady FAA

Federalna Administracja Lotnictwa ( FAA ) reguluje maksymalny poziom hałasu, jaki mogą emitować poszczególne cywilne samoloty, wymagając, aby samoloty spełniały określone standardy certyfikacji hałasu. Normy te określają zmiany w wymaganiach dotyczących maksymalnego poziomu hałasu przez oznaczenie „etapowe”. Amerykańskie normy hałasu są zdefiniowane w Kodeksie Przepisów Federalnych (CFR) Tytuł 14 Część 36 – Normy dotyczące hałasu: Typ statku powietrznego i certyfikacja zdatności do lotu (14 CFR Część 36). FAA twierdzi, że maksymalny średni poziom dźwięku w ciągu dnia i nocy wynoszący 65 dB jest niekompatybilny ze społecznościami mieszkalnymi. Społeczności w dotkniętych obszarach mogą kwalifikować się do działań łagodzących, takich jak izolacja akustyczna.

Hałas w kabinie

Hałas lotniczy wpływa również na ludzi w samolocie: załogę i pasażerów. Hałas w kabinie można badać pod kątem narażenia zawodowego oraz zdrowia i bezpieczeństwa pilotów i stewardes. W 1998 roku 64 pilotów komercyjnych linii lotniczych zostało przebadanych pod kątem utraty słuchu i szumów usznych . W 1999 r. NIOSH przeprowadził kilka badań hałasu i oceny zagrożeń dla zdrowia i stwierdził, że poziom hałasu przekracza zalecany limit narażenia wynoszący 85 decybeli ważonych A jako 8-godzinny TWA . W 2006 roku poziom hałasu wewnątrz Airbusa A321 podczas rejsu został zgłoszony jako około 78 dB(A), a podczas kołowania, gdy silniki samolotu wytwarzają minimalny ciąg, poziom hałasu w kabinie został zarejestrowany na poziomie 65 dB(A). W 2008 r. badanie personelu pokładowego szwedzkich linii lotniczych wykazało średnie poziomy dźwięku w zakresie 78–84 dB(A) przy maksymalnym narażeniu ważonym A na poziomie 114 dB, ale nie wykazało większych zmian progu słyszalności. W 2018 roku badanie poziomu dźwięku mierzonego w 200 lotach reprezentujących sześć grup samolotów wykazało poziom hałasu mediów wynoszący 83,5 dB(A) przy poziomie 110 dB(A) w niektórych lotach, ale tylko 4,5% przekroczyło zalecany przez NIOSH 8-godzinny TWA 85 dB(A).

Efekty poznawcze

Wykazano, że symulowany hałas samolotu na poziomie 65 dB(A) negatywnie wpływa na pamięć i przywoływanie informacji słuchowych. W jednym z badań porównujących wpływ hałasu samolotu z wpływem alkoholu na zdolności poznawcze stwierdzono, że symulowany hałas samolotu o natężeniu 65 dB(A) miał taki sam wpływ na zdolność przywoływania informacji dźwiękowych przez osoby, jak osoby odurzone alkoholem we krwi. Stężenie (BAC) na poziomie 0,10. BAC na poziomie 0,10 to dwukrotność dopuszczalnego limitu wymaganego do prowadzenia pojazdu silnikowego w wielu rozwiniętych krajach, takich jak Australia.

Programy łagodzące

W Stanach Zjednoczonych, odkąd hałas lotniczy stał się kwestią publiczną pod koniec lat 60., rządy wprowadziły kontrole legislacyjne. Projektanci, producenci i operatorzy samolotów opracowali cichsze samoloty i lepsze procedury operacyjne. Na przykład nowoczesne silniki turbowentylatorowe z wysokim obejściem są cichsze niż silniki turboodrzutowe i turbowentylatorowe z niskim obejściem z lat 60. XX wieku. Po pierwsze, FAA Aircraft Certification zapewniła redukcję hałasu sklasyfikowaną jako samolot „Stage 3”; który został uaktualniony do certyfikacji hałasu „Stage 4”, co skutkuje cichszym samolotem. Doprowadziło to do zmniejszenia narażenia na hałas pomimo zwiększonego wzrostu ruchu i popularności.

W latach 80. Kongres USA upoważnił FAA do opracowania programów izolacji domów w pobliżu lotnisk. Chociaż nie odnosi się to do hałasu zewnętrznego, program jest skuteczny w przypadku wnętrz mieszkalnych. Niektóre z pierwszych lotnisk, w którym zastosowano technologię były Międzynarodowe lotnisko w San Francisco i San Jose International Airport w Kalifornii. Wykorzystywany jest model komputerowy, który symuluje wpływ hałasu lotniczego na konstrukcje budowlane. Można badać różne typy samolotów, wzorce lotu i lokalną meteorologię . Następnie można ocenić korzyści płynące ze strategii modernizacji budynków, takich jak modernizacja dachu, poprawa oszklenia okien , przegrody kominkowe, uszczelnianie szwów konstrukcyjnych.

Rozporządzenie

Śmigłowce etap 2 Norma hałasu: podejście

Etapy są zdefiniowane w amerykańskim Kodeksie Przepisów Federalnych (CFR) Tytuł 14 Część 36. W przypadku cywilnych samolotów odrzutowych , Etap 1 US FAA jest najgłośniejszy, a Etap 4 jest cichszy. Etap 3 był wymagany dla wszystkich dużych samolotów odrzutowych i turbośmigłowych na amerykańskich cywilnych lotniskach od 2000 roku, a co najmniej Etap 2 dla odrzutowców MTOW poniżej 75 000 funtów (34 t) do 31 grudnia 2015 roku. równoważne normom ICAO Annex 16, Volume 1 Chapter 4, natomiast bardziej rygorystyczny rozdział 14 wszedł w życie 14 lipca 2014 roku i został przyjęty przez FAA jako Stage 5 od 14 stycznia 2016 roku, obowiązujący dla nowych certyfikatów typu od 31 grudnia, 2017 lub 31 grudnia 2020 w zależności od wagi.

Stany Zjednoczone dopuszczają zarówno głośniejsze śmigłowce Stage 1, jak i ciche śmigłowce Stage 2 . Najcichszy standard hałasu śmigłowca Stage 3 wszedł w życie 5 maja 2014 r. i jest zgodny z rozdziałami 8 i 11 ICAO.

Normy ICAO dotyczące hałasu
Rozdział Rok Ch. 3 Marża Rodzaje
Żaden przed Żaden Boeing 707 , Douglas DC-8
2 1972 ~+16 dB B727 , DC-9
3 1978 linia bazowa 737 Klasyczny
4 (etap 4) 2006 -10 dB B737NG , A320 , B767 , B747-400
14 (etap 5) 2017/2020 -17 dB A320 , B757 , A330 , B777 , A320neo , B737 MAX , A380 , A350 , B787

Ograniczenia dotyczące latania w nocy

Na lotniskach Heathrow , Gatwick i Stansted w Londynie w Wielkiej Brytanii oraz we Frankfurcie w Niemczech obowiązują ograniczenia dotyczące lotów nocnych w celu zmniejszenia narażenia na hałas w nocy.

Systemy nawigacji satelitarnej

Od grudnia 2013 r. do listopada 2014 r. na londyńskim lotnisku Heathrow przeprowadzono serię prób w ramach brytyjskiej „Strategii przyszłej przestrzeni powietrznej” oraz ogólnoeuropejskiego projektu modernizacji „ Jednolita europejska przestrzeń powietrzna ”. Próby wykazały, że przy użyciu systemów nawigacji satelitarnej można było zapewnić ulgę w hałasie większej liczbie okolicznych społeczności, chociaż doprowadziło to do znacznego nieoczekiwanego wzrostu skarg na hałas (61 650 ) z powodu skoncentrowanych torów lotu. Badanie wykazało, że bardziej strome kąty startu i lądowania spowodowały, że mniej osób odczuwa hałas samolotów, a redukcja hałasu może być współdzielona przez zastosowanie bardziej precyzyjnych torów lotu, co pozwala na kontrolę śladu akustycznego odlatujących samolotów. Redukcja hałasu mogłaby zostać wzmocniona poprzez zmianę toru lotu, na przykład poprzez wykorzystanie jednego toru lotu rano i innego po południu.

Postęp technologiczny

Konstrukcja silnika

Nowoczesne turbowentylatory z wysokim obejściem są nie tylko bardziej oszczędne pod względem zużycia paliwa , ale także znacznie cichsze niż starsze silniki turboodrzutowe i turbowentylatorowe z niskim obejściem. W nowszych silnikach szewrony redukujące hałas dodatkowo zmniejszają hałas silnika, podczas gdy w starszych silnikach stosuje się zestawy wyciszające, aby złagodzić nadmierny hałas.

Lokalizacja silnika

Turbofany zamontowane nad skrzydłem modelu Boeing X-48

Zdolność do redukcji hałasu może być ograniczona, jeśli silniki pozostają poniżej skrzydeł samolotu. NASA spodziewa się, że do 2026-2031 r. łączny poziom hałasu lotniczego będzie niższy o 20-30 dB poniżej limitów etapu 4, ale utrzymanie hałasu emitowanego przez samoloty w granicach lotniska wymaga co najmniej 40-50 dB redukcji. Podwozie , listwy i klapy skrzydłowe również wytwarzają hałas i mogą wymagać osłony od ziemi w nowych konfiguracjach. NASA odkryła, że ​​gondole na skrzydłach i w środku kadłuba mogą zmniejszyć hałas o 30-40 dB, a nawet o 40-50 dB w przypadku hybrydowego korpusu skrzydła, co może być niezbędne w przypadku otwartych wirników.

Do 2020 r. technologie śmigłowcowe , które są obecnie opracowywane, a także nowe procedury, mogą zmniejszyć poziom hałasu o 10 dB, a ślady akustyczne o 50%, ale potrzebne są dalsze postępy, aby zachować lub rozbudować heliporty . Bezzałogowe systemy powietrzne dostarczające paczki będą musiały scharakteryzować ich hałas, ustalić limity i zmniejszyć ich wpływ.

Zobacz też

Ogólny:

Bibliografia

Zewnętrzne linki