stringtranslate.com

Шумовое загрязнение от самолетов

Карта шума аэропорта Берлин-Тегель

Шумовое загрязнение от самолетов относится к шуму, производимому самолетами в полете, который связывают с несколькими негативными последствиями для здоровья, вызванными стрессом, от нарушений сна до сердечно-сосудистых заболеваний. [1] [2] [3] Правительства ввели обширные меры контроля, которые применяются к проектировщикам, производителям и операторам самолетов, что привело к улучшению процедур и сокращению загрязнения.

Производство звука делится на три категории:

Механизмы звукообразования

Шумящий авиационный винт

Шум самолета — это шумовое загрязнение, производимое самолетом или его компонентами, будь то на земле во время стоянки, например, вспомогательные силовые установки, во время руления, при разгоне от выхлопа винта и реактивной струи, во время взлета, снизу и сбоку от траекторий вылета и прибытия, пролета над ними по маршруту или во время посадки. Движущийся самолет, включая реактивный двигатель или пропеллер, вызывает сжатие и разрежение воздуха, создавая движение молекул воздуха. Это движение распространяется по воздуху в виде волн давления. Если эти волны давления достаточно сильны и находятся в пределах слышимого спектра частот , создается ощущение слуха. Различные типы самолетов имеют разные уровни и частоты шума. Шум возникает из трех основных источников:

Шум двигателя и другие механические шумы

Исследователи НАСА в Исследовательском центре Гленна измеряют шум реактивного двигателя в 1967 году.

Большая часть шума в винтовых самолетах исходит в равной степени от винтов и аэродинамики. Шум вертолета - это аэродинамически индуцированный шум от основного и хвостового винтов и механически индуцированный шум от главного редуктора и различных цепей трансмиссии. Механические источники создают узкополосные пики высокой интенсивности, связанные со скоростью вращения и движением движущихся частей. В терминах компьютерного моделирования шум от движущегося самолета можно рассматривать как линейный источник .

Авиационные газотурбинные двигатели ( реактивные двигатели ) являются причиной большей части шума самолета во время взлета и набора высоты, например, шума циркулярной пилы, возникающего, когда кончики лопастей вентилятора достигают сверхзвуковой скорости. Однако с развитием технологий снижения шума планер самолета обычно становится более шумным во время посадки. [ необходима цитата ]

Большая часть шума двигателя вызвана шумом струи, хотя турбовентиляторы с высокой степенью двухконтурности действительно имеют значительный шум вентилятора. Высокоскоростная струя, покидающая заднюю часть двигателя, имеет присущую ей неустойчивость слоя сдвига (если она недостаточно толстая) и сворачивается в кольцевые вихри. Это позже распадается на турбулентность. Уровень звукового давления, связанный с шумом двигателя, пропорционален скорости струи (до высокой мощности). Поэтому даже скромное снижение скорости выхлопа приведет к значительному снижению шума струи. [ требуется цитата ]

Двигатели являются основным источником шума самолетов. [4] Редукторный двигатель Pratt & Whitney PW1000G помог снизить уровень шума узкофюзеляжных кроссоверов Bombardier CSeries , Mitsubishi MRJ и Embraer E-Jet E2 : редуктор позволяет вентилятору вращаться с оптимальной скоростью, которая составляет одну треть скорости турбины низкого давления, для более медленных скоростей вращения концов вентилятора. Он имеет на 75% меньший шумовой след, чем текущие эквиваленты. [4] PowerJet SaM146 в Sukhoi Superjet 100 оснащен 3D- аэродинамическими лопатками вентилятора и гондолой с длинным соплом смешанного потока в канале для снижения шума. [4]

Аэродинамический шум

Выпущенные шасси и закрылки самолета 747

Аэродинамический шум возникает из-за воздушного потока вокруг фюзеляжа и поверхностей управления самолета. Этот тип шума увеличивается со скоростью самолета, а также на малых высотах из-за плотности воздуха. Реактивные самолеты создают интенсивный шум из-за аэродинамики . Низколетящие высокоскоростные военные самолеты производят особенно громкий аэродинамический шум.

Форма носа, лобового стекла или фонаря самолета влияет на производимый звук. Большая часть шума винтового самолета имеет аэродинамическое происхождение из-за потока воздуха вокруг лопастей. Главный и хвостовой винты вертолета также создают аэродинамический шум. Этот тип аэродинамического шума в основном имеет низкую частоту, определяемую скоростью вращения ротора.

Обычно шум возникает, когда поток проходит мимо объекта на самолете, например, крыльев или шасси. В целом существует два основных типа шума планера:

Шум от авиационных систем

Выхлоп ВСУ на хвосте Boeing 787 с открытой панелью воздухозаборника

Системы наддува и кондиционирования кабины и салона часто являются основными источниками шума в салонах как гражданских, так и военных самолетов. Однако одним из наиболее существенных источников шума в салоне коммерческих реактивных самолетов, помимо двигателей, является вспомогательная силовая установка (ВСУ), бортовой генератор , используемый в самолете для запуска основных двигателей, обычно с помощью сжатого воздуха , и для обеспечения электропитания, когда самолет находится на земле. Другие внутренние системы самолета также могут вносить свой вклад, например, специализированное электронное оборудование в некоторых военных самолетах.

Влияние на здоровье

Авиационные маршалы носят средства защиты органов слуха

Двигатели самолетов являются основным источником шума и могут превышать 140 децибел (дБ) во время взлета. В воздухе основными источниками шума являются двигатели и высокоскоростная турбулентность над фюзеляжем. [6]

Повышенный уровень шума имеет последствия для здоровья . Повышенный уровень шума на рабочем месте или другой шум может вызвать ухудшение слуха , гипертонию , ишемическую болезнь сердца , раздражение , нарушение сна и снижение успеваемости в школе. [7] Хотя некоторая потеря слуха происходит естественным образом с возрастом, [8] во многих развитых странах воздействие шума достаточно, чтобы ухудшить слух в течение жизни. [9] [10] Повышенный уровень шума может вызывать стресс, увеличивать количество несчастных случаев на рабочем месте и стимулировать агрессию и другие антиобщественные формы поведения. [11] Шум в аэропортах связан с высоким кровяным давлением. [12] Шум в самолетах увеличивает риск сердечных приступов . [13]

Немецкое экологическое исследование

Масштабный статистический анализ влияния авиационного шума на здоровье был проведен в конце 2000-х годов Бернхардом Грайзером для Umweltbundesamt , центрального экологического управления Германии. Данные о здоровье более миллиона жителей вокруг аэропорта Кельна были проанализированы на предмет влияния на здоровье, коррелирующего с авиационным шумом. Затем результаты были скорректированы с учетом других шумовых воздействий в жилых районах и социально-экономических факторов, чтобы уменьшить возможное искажение данных. [14]

Немецкое исследование пришло к выводу, что авиационный шум явно и значительно ухудшает здоровье. [14] Например, средний уровень звукового давления в дневное время в 60 децибел увеличил ишемическую болезнь сердца на 61% у мужчин и на 80% у женщин. В качестве другого показателя, средний уровень звукового давления в ночное время в 55 децибел увеличил риск сердечных приступов на 66% у мужчин и на 139% у женщин. Однако статистически значимые последствия для здоровья начинались уже при среднем уровне звукового давления в 40 децибел . [14]

Советы ФАА

Федеральное управление гражданской авиации ( FAA ) регулирует максимальный уровень шума, который может издавать отдельный гражданский самолет, требуя от самолетов соответствия определенным стандартам сертификации по шуму. Эти стандарты обозначают изменения в требованиях к максимальному уровню шума с помощью обозначения «этапа». Стандарты шума США определены в Кодексе федеральных правил (CFR), Раздел 14 Часть 36 – Стандарты шума: Сертификация типа самолета и летной годности (14 CFR Часть 36). FAA утверждает, что максимальный средний уровень звука днем ​​и ночью в 65 дБ несовместим с жилыми районами. [15] Населенные пункты в пострадавших районах могут иметь право на смягчение последствий, например, на звукоизоляцию.

Шум в салоне

Типичный салон пассажирского самолета

Шум в самолете также влияет на людей, находящихся внутри самолета: экипаж и пассажиров. Шум в салоне может быть изучен для решения проблемы профессионального воздействия , а также здоровья и безопасности пилотов и бортпроводников. В 1998 году 64 пилота коммерческих авиакомпаний были опрошены на предмет потери слуха и шума в ушах . [16] В 1999 году NIOSH провел несколько исследований шума и оценок опасности для здоровья и обнаружил уровни шума, превышающие рекомендуемый предел воздействия в 85 децибел по шкале А в качестве 8-часового TWA . [17] В 2006 году уровни шума внутри Airbus A321 во время крейсерского полета были зарегистрированы как приблизительно 78 дБ(А), а во время руления, когда двигатели самолета создают минимальную тягу, уровни шума в салоне были зарегистрированы на уровне 65 дБ(А). [18] В 2008 году исследование бортпроводников шведских авиалиний выявило средний уровень звука от 78 до 84 дБ(А) с максимальным воздействием по шкале А 114 дБ, но не обнаружило существенных сдвигов порога слуха. [19] В 2018 году исследование уровней звука, измеренных на 200 рейсах, представляющих шесть групп самолетов, выявило уровень шума носителя 83,5 дБ(А) с уровнями, достигающими 110 дБ(А) на некоторых рейсах, но только 4,5% превысили рекомендуемый NIOSH 8-часовой TWA в 85 дБ(А). [20]

Когнитивные эффекты

Было показано, что имитированный шум самолета на уровне 65 дБ(А) отрицательно влияет на память людей и способность вспоминать слуховую информацию. [21] В одном исследовании, сравнивающем влияние шума самолета с влиянием алкоголя на когнитивные способности, было обнаружено, что имитированный шум самолета на уровне 65 дБ(А) оказывает такое же влияние на способность людей вспоминать слуховую информацию, как и состояние опьянения с концентрацией алкоголя в крови (BAC) 0,10. [22] BAC 0,10 вдвое превышает допустимый уровень, требуемый для управления транспортным средством во многих развитых странах, таких как Австралия.

Программы смягчения последствий

Теплоизоляционное остекление обеспечивает снижение шума

В Соединенных Штатах, с тех пор как шум авиации стал публичной проблемой в конце 1960-х годов, правительства приняли законодательные меры контроля. Проектировщики, производители и операторы самолетов разработали более тихие самолеты и лучшие эксплуатационные процедуры. Современные турбовентиляторные двигатели с высокой степенью двухконтурности, например, заметно тише турбореактивных и турбовентиляторных двигателей с низкой степенью двухконтурности 1960-х годов. Сертификация самолетов FAA достигла снижения шума, классифицированного как самолет «Stage 3»; который был повышен до сертификации по шуму «Stage 4», что привело к более тихим самолетам. Это привело к снижению воздействия шума, несмотря на возросший рост трафика и популярности. [23]

В 1980-х годах Конгресс США уполномочил FAA разработать программы по изоляции домов вблизи аэропортов. Хотя это не решает проблему внешнего шума, программа оказалась эффективной для жилых интерьеров. Некоторые из аэропортов, где впервые была применена эта технология, были Международный аэропорт Сан-Франциско и Международный аэропорт Сан-Хосе в Калифорнии. Используется компьютерная модель, которая имитирует воздействие шума самолетов на строительные конструкции. Можно изучить изменения типа самолета, схемы полета и местную метеорологию . Затем можно оценить преимущества стратегий модернизации зданий, таких как модернизация крыши, улучшение остекления окон , экранирование каминов, заделка строительных швов. [24]

Регулирование

Вертолеты этап 2 стандарт шума: подход

Этапы определены в Своде федеральных правил США (CFR), Раздел 14, Часть 36. [25] Для гражданских реактивных самолетов этап 1 FAA США является самым громким, а этап 4 — более тихим. [26] Этап 3 был обязательным для всех больших реактивных и турбовинтовых самолетов в гражданских аэропортах США с 2000 года, [25] и, по крайней мере, этап 2 для самолетов с максимальной взлетной массой менее 75 000 фунтов (34 т) до 31 декабря 2015 года. [26] Предыдущим был этап 4 для больших самолетов, эквивалентный стандартам Приложения 16 ИКАО , Том 1, Глава 4, в то время как более строгая глава 14 вступила в силу 14 июля 2014 года и была принята FAA как этап 5 с 14 января 2016 года, вступающий в силу для новых сертификатов типа с 31 декабря 2017 года или 31 декабря 2020 года в зависимости от веса. [25]

В США разрешены как более громкие вертолеты Этапа 1, так и тихие вертолеты Этапа 2. [ 26] Самый тихий стандарт шума вертолетов Этапа 3 вступил в силу 5 мая 2014 года и соответствует Главе 8 и Главе 11 ИКАО. [25]

Ограничения на ночные полеты

В аэропортах Хитроу , Гатвик и Станстед в Лондоне (Великобритания) и аэропорту Франкфурта в Германии действуют ограничения на ночные полеты с целью снижения воздействия шума в ночное время. [29] [30]

Спутниковые навигационные системы

Использование спутниковых навигационных систем может способствовать снижению шума, как показали испытания в 2013-14 годах, хотя результаты не всегда были полезными из-за концентрации траекторий полета. Изменение углов полета и траекторий полета привело к некоторым изменениям в снижении шума для некоторых местных жителей. [31] [32] [ нужен лучший источник ]

Технологический прогресс

Конструкция двигателя

Современные турбовентиляторные двигатели с высокой степенью двухконтурности не только более экономичны , но и намного тише старых турбореактивных и турбовентиляторных двигателей с низкой степенью двухконтурности. На новых двигателях шумоподавляющие шевроны еще больше снижают шум двигателя, [33] в то время как на старых двигателях используются комплекты шумоподавления, чтобы помочь смягчить их чрезмерный шум.

Расположение двигателя

Турбореактивные двигатели, установленные над крылом модели Boeing X-48

Возможность снижения шума может быть ограничена, если двигатели останутся под крыльями самолета. NASA ожидает совокупного уровня шума на 20–30 дБ ниже пределов Этапа 4 к 2026–2031 гг., но для поддержания шума самолета в пределах границ аэропорта требуется снижение как минимум на 40–50 дБ. [34] Шасси , предкрылки и закрылки также производят шум и, возможно, должны быть экранированы от земли новыми конфигурациями. [34] NASA обнаружило, что гондолы над крылом и в середине фюзеляжа могут снизить шум на 30–40 дБ до даже 40–50 дБ для гибридных крыльевых корпусов , что может быть существенно для открытых роторов. [34]

К 2020 году разрабатываемые вертолетные технологии и новые процедуры могут снизить уровень шума на 10 дБ и шумовые следы на 50%, но необходимы дополнительные достижения для сохранения или расширения вертолетных площадок . [34] Беспилотные летательные аппараты для доставки грузов должны будут охарактеризовать свой шум, установить ограничения и уменьшить свое воздействие. [34]

Смотрите также

Общий:

Ссылки

  1. ^ Нассур, Али-Мохамед; Леже, Дамьен; Лефевр, Мари; Эльбаз, Максим; Митлицки, Фанни; Нгуен, Филипп; Рибейру, Карлос; Сино, Матье; Лаумон, Бернар; Эврар, Энн-Софи (2019). «Влияние воздействия авиационного шума на частоту сердечных сокращений во время сна у населения, проживающего вблизи аэропортов». Международный журнал исследований окружающей среды и общественного здравоохранения . 16 (2): 269. doi : 10.3390/ijerph16020269 . ISSN  1660-4601. PMC 6352139.  PMID 30669300  .
  2. ^ Баснер, Матиас; МакГвайр, Сара (2018). «Руководящие принципы ВОЗ по шуму в окружающей среде для Европейского региона: систематический обзор шума в окружающей среде и его влияния на сон». Международный журнал исследований окружающей среды и общественного здравоохранения . 15 (3): 519. doi : 10.3390/ijerph15030519 . ISSN  1660-4601. PMC 5877064. PMID 29538344  . 
  3. ^ Боден, Клеманс; Лефевр, Мари; Шампеловье, Патрисия; Ламбер, Жак; Лаумон, Бернар; Эврар, Анн-Софи (2018). «Шум самолетов и психологическое нездоровье: результаты поперечного исследования во Франции». Международный журнал экологических исследований и общественного здравоохранения . 15 (8): 1642. doi : 10.3390/ijerph15081642 . ISSN  1660-4601. PMC 6121613. PMID 30081458  . 
  4. ^ abc Берни Болдуин (18 декабря 2017 г.). «Как кроссоверные самолеты справляются с проблемой шума». Aviation Week & Space Technology .
  5. ^ ab "Aircraft Airframe Noise—Research Overview". Архивировано из оригинала 17 мая 2008 г. Получено 13 июля 2008 г.
  6. ^ NIOSH (9 мая 2017 г.). "БЕЗОПАСНОСТЬ И ЗДОРОВЬЕ ЭКИПАЖА" . Получено 29 июня 2018 г. .
  7. ^ Питерс, Джуненетт Л.; Зевитас, Кристофер Д.; Редлайн, Сьюзан; Хастингс, Аарон; Сизов, Наталья; Харт, Хайме Э.; Леви, Джонатан И.; Руф, Кристофер Дж.; Веллениус, Грегори А. (26 апреля 2018 г.). «Авиационный шум и сердечно-сосудистое здоровье в Соединенных Штатах: обзор доказательств и рекомендаций по направлению исследований». Current Epidemiology Reports . 5 (2): 140–152. doi :10.1007/s40471-018-0151-2. ISSN  2196-2995. PMC 6261366. PMID 30505645  . 
  8. ^ Rosenhall U, Pedersen K, Svanborg A (1990). «Пресбиакузис и потеря слуха, вызванная шумом». Ear Hear . 11 (4): 257–63. doi :10.1097/00003446-199008000-00002. PMID  2210099.
  9. ^ Schmid, RE (18 февраля 2007 г.). «Стареющая нация сталкивается с растущей потерей слуха». CBS News . Архивировано из оригинала 15 ноября 2007 г. Получено 18 февраля 2007 г.
  10. ^ Комитет Сената по общественным работам, Закон о шумовом загрязнении и его снижении 1972 г. , Палата представителей № 1160, 2-я сессия 92-го конгресса
  11. ^ Крайтер, Карл Д. (1994). Справочник по слуху и воздействию шума: физиология, психология и общественное здравоохранение . Бостон: Academic Press. ISBN 978-0-12-427455-6.
  12. ^ «Анализ | Где шумные дороги и аэропорты наносят наибольший ущерб нашему здоровью и здравомыслию». Washington Post . Получено 20 мая 2017 г.
  13. ^ Хасс, Анке и др. (ноябрь 2010 г.). «Шум самолетов, загрязнение воздуха и смертность от инфаркта миокарда». Эпидемиология . 21 (6): 829–836. doi : 10.1097/EDE.0b013e3181f4e634 . PMID  20881600. S2CID  11335200.
  14. ^ abc Tödlicher Lärm — Spiegel , Nr. 51, 14 декабря 2009 г., стр. 45 (на немецком языке)
  15. ^ "Noise Monitoring". Massport. Архивировано из оригинала 1 февраля 2014 года . Получено 31 января 2014 года .
  16. ^ Беголт, Дюран Р.; Венцель, Элизабет М.; Тран, Лора Л.; Андерсон, Марк Р. (февраль 1998 г.). «Обследование потери слуха пилотами коммерческих авиалиний». Perceptual and Motor Skills . 86 (1): 258. doi :10.2466/pms.1998.86.1.258. ISSN  0031-5125. PMID  9530744. S2CID  24928181.
  17. ^ NIOSH (1999). "Отчет об оценке опасности для здоровья: Continental Express Airlines, Ньюарк, Нью-Джерси" (PDF) . Получено 29 июня 2018 г. .
  18. ^ Озкан ХК; Немлиоглу С (2006). «Уровни шума в салоне самолета во время коммерческих полетов». Canadian Acoustics . 34 (4).
  19. ^ Линдгрен, Торстен; Висландер, Гунилла; Нордквист, Тобиас; Даммстрём, Бо-Йоран; Норбек, Дэн (30 октября 2008 г.). «Статус слуха среди бортпроводников шведской коммерческой авиакомпании». Международный архив охраны труда и окружающей среды . 82 (7): 887–892. doi :10.1007/s00420-008-0372-7. ISSN  0340-0131. PMID  18972126. S2CID  29612085.
  20. ^ Зевитас, Кристофер Д.; Шпенглер, Джон Д.; Джонс, Байрон; Макнили, Эйлин; Коулл, Брент; Цао, Сяодун; Лу, Син Мин; Хард, Анна-Кейт; Аллен, Джозеф Г. (15 марта 2018 г.). «Оценка шума в салоне самолета». Журнал «Наука об экспозиции и эпидемиология окружающей среды » . 28 (6): 568–578. Bibcode : 2018JESEE..28..568Z. doi : 10.1038/s41370-018-0027-z. ISSN  1559-0631. PMID  29545611. S2CID  3917183.
  21. ^ Molesworth BR, Burgess M. (2013). Улучшение разборчивости в критически важной точке безопасности: безопасность в салоне самолета. Safety Science, 51, 11–16.
  22. ^ Molesworth BR, Burgess M, Gunnell B. (2013). Использование эффекта алкоголя в качестве сравнения для иллюстрации пагубного воздействия шума на производительность. Шум и здоровье, 15, 367–373.
  23. ^ "Stage 4 Aircraft Noise Standards". Rgl.faa.gov . Получено 28 сентября 2012 г. .
  24. ^ Хоган, К. Майкл и Йорген Равнкильде, Проектирование звукоизоляции для существующих жилых домов в районе муниципального аэропорта Сан-Хосе , 1 января 1984 г., исследование, финансируемое грантом FAA, ISBN B0007B2OG0
  25. ^ abcd «Подробности об уровнях шума FAA, этапах и поэтапных отказах». FAA.
  26. ^ abc "Проблемы авиационного шума". FAA.
  27. ^ «Снижение шума в источнике». ИКАО.
  28. ^ «Сборы аэропорта за более тихие самолеты» (PDF) . Gatwick Airport Community Group. 20 октября 2016 г.
  29. ↑ Департамент транспорта (июнь 2006 г.). «Ограничения на ночные полеты в аэропортах Хитроу, Гатвик и Станстед». Архивировано из оригинала 17 июля 2007 г. Получено 12 июля 2008 г.
  30. ↑ Департамент транспорта (nd). «Ночные ограничения в аэропортах Хитроу, Гатвик и Станстед (второй этап консультаций)» . Получено 12 июля 2008 г.{{cite web}}: CS1 maint: год ( ссылка )
  31. ^ "Модернизация воздушного пространства Великобритании". heathrow.com . Получено 24 сентября 2015 г. .
  32. ^ Anderson Acoustics, Испытания по отправке в Западном и Восточном направлениях 2014 г. — Анализ шума и реакция общественности. Архивировано 28 октября 2016 г. на Wayback Machine , получено 29 ноября 2017 г.
  33. ^ Zaman, KBMQ; Bridges, JE; Huff, DL "Evolution from 'Tabs' to 'Chevron Technology'–a Review" (PDF) . Труды 13-го Азиатского конгресса по механике жидкостей 17–21 декабря 2010 г., Дакка, Бангладеш . Архивировано из оригинала (PDF) 20 ноября 2012 г.
  34. ^ abcde Грэм Уорвик (6 мая 2016 г.). «Проблемы аэрокосмической отрасли, которые еще предстоит решить». Aviation Week & Space Technology . Архивировано из оригинала 2 января 2018 г. . Получено 2 января 2018 г. .

Внешние ссылки