stringtranslate.com

Авиационное шумовое загрязнение

Карта шума аэропорта Берлин-Тегель

Авиационное шумовое загрязнение — это шум, производимый самолетами в полете, который связан с рядом негативных последствий для здоровья, вызванных стрессом, от нарушений сна до сердечно-сосудистых заболеваний. [1] [2] [3] Правительства ввели обширный контроль, распространяющийся на конструкторов, производителей и эксплуатантов самолетов, что привело к улучшению процедур и сокращению загрязнения.

Звукопроизводство делится на три категории:

Механизмы производства звука

Шумящий авиационный винт

Авиационный шум – это шумовое загрязнение, создаваемое воздушным судном или его компонентами, будь то на земле во время стоянки, например, от вспомогательных силовых установок, во время руления, на разбеге от воздушного винта и выхлопных газов реактивной струи, во время взлета, под траекториями вылета и прибытия и сбоку от них. пролет во время полета или во время посадки. Движущийся самолет, включающий реактивный двигатель или пропеллер, вызывает сжатие и разрежение воздуха, вызывая движение молекул воздуха. Это движение распространяется по воздуху в виде волн давления. Если эти волны давления достаточно сильны и находятся в пределах слышимого частотного спектра, возникает ощущение слуха. Различные типы самолетов имеют разные уровни шума и частоты. Шум возникает из трех основных источников:

Двигатель и другие механические шумы

Исследователи НАСА из Исследовательского центра Гленна измеряют шум реактивного двигателя в 1967 году.

Большая часть шума винтовых самолетов исходит как от винтов, так и от аэродинамики. Шум вертолета — это аэродинамический шум от несущего и рулевого винтов, а также механический шум от главного редуктора и различных цепей трансмиссии. Механические источники создают узкополосные пики высокой интенсивности, связанные со скоростью вращения и движением движущихся частей. С точки зрения компьютерного моделирования шум движущегося самолета можно рассматривать как линейный источник .

Авиационные газотурбинные двигатели ( реактивные двигатели ) ответственны за большую часть шума самолета во время взлета и набора высоты, например, шум циркулярной пилы, возникающий, когда кончики лопастей вентилятора достигают сверхзвуковой скорости. Однако с развитием технологий снижения шума планер обычно становится более шумным во время посадки. [ нужна цитата ]

Большая часть слышимого шума двигателя связана с шумом реактивных двигателей, хотя турбовентиляторные двигатели с высокой степенью двухконтурности действительно издают значительный шум вентилятора. Высокоскоростная струя, выходящая из задней части двигателя, имеет присущую нестабильность слоя сдвига (если она недостаточно толстая) и скатывается в кольцевые вихри. Позже это перерастает в турбулентность. Уровень звукового давления, связанный с шумом двигателя, пропорционален скорости реактивной струи (при высокой мощности). Таким образом, даже незначительное снижение скорости выхлопа приведет к значительному снижению шума струи. [ нужна цитата ]

Двигатели являются основным источником авиационного шума. [4] Редуктор Pratt & Whitney PW1000G помог снизить уровень шума кроссоверов узкофюзеляжных самолетов Bombardier CSeries , Mitsubishi MRJ и Embraer E-Jet E2 : редуктор позволяет вентилятору вращаться с оптимальной скоростью, которая составляет треть скорости турбина LP для более низких скоростей вращения вентилятора. Шумовой след у него на 75% меньше, чем у нынешних аналогов. [4] PowerJet SaM146 в самолете Sukhoi Superjet 100 оснащен 3D аэродинамическими лопастями вентилятора и гондолой с длинным соплом смешанного потока для снижения шума. [4]

Аэродинамический шум

Развернутое шасси и подкрылки Боинга 747.

Аэродинамический шум возникает от обтекания фюзеляжа и рулей самолета воздушным потоком . Этот тип шума увеличивается с увеличением скорости самолета, а также на малых высотах из-за плотности воздуха. Самолеты с реактивными двигателями создают сильный аэродинамический шум . Особенно громкий аэродинамический шум создают низколетящие высокоскоростные военные самолеты.

Форма носа, лобового стекла или фонаря самолета влияет на производимый звук. Большая часть шума винтового самолета имеет аэродинамическое происхождение из-за обтекания лопастей воздухом. Несущий и рулевой винты вертолета также создают аэродинамический шум. Этот тип аэродинамического шума в основном имеет низкую частоту, определяемую скоростью 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 систем самолета

Выхлоп ВСУ на хвосте Боинга 787 с открытой воздухозаборной панелью

Системы герметизации и кондиционирования кабины и кабины часто вносят основной вклад в кабины как гражданских, так и военных самолетов. Однако одним из наиболее значительных источников шума в кабине коммерческих реактивных самолетов, помимо двигателей, является вспомогательная силовая установка (ВСУ), бортовой генератор , используемый в самолетах для запуска главных двигателей, обычно сжатым воздухом , и для обеспечения электроэнергией, пока самолет находится на земле. Другие внутренние системы самолета также могут внести свой вклад, например, специализированное электронное оборудование в некоторых военных самолетах.

Влияние на здоровье

Маршаллы самолетов в средствах защиты органов слуха

Авиационные двигатели являются основным источником шума , уровень шума которого может 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 на протяжении всей жизни. [9] [10] Повышенный уровень шума может вызвать стресс, увеличить количество несчастных случаев на рабочем месте, а также стимулировать агрессию и другое антисоциальное поведение. [11] Шум в аэропорту связан с высоким кровяным давлением. [12] Авиационный шум увеличивает риск сердечных приступов . [13]

Немецкое экологическое исследование

Крупномасштабный статистический анализ воздействия авиационного шума на здоровье был предпринят в конце 2000-х годов Бернхардом Грайзером для Umweltbundesamt , центрального экологического управления Германии. Данные о состоянии здоровья более миллиона жителей аэропорта Кёльна были проанализированы на предмет воздействия на здоровье, коррелирующего с авиационного шума. Затем результаты были скорректированы с учетом других шумовых воздействий в жилых районах, а также социально-экономических факторов, чтобы уменьшить возможное искажение данных. [14]

Немецкое исследование пришло к выводу, что авиационный шум явно и значительно вредит здоровью. [14] Например, средний уровень звукового давления в дневное время в 60 децибел увеличивает риск возникновения ишемической болезни сердца на 61% у мужчин и на 80% у женщин. Еще один показатель: средний уровень звукового давления в ночное время в 55 децибел увеличивает риск сердечных приступов на 66% у мужчин и на 139% у женщин. Однако статистически значимые последствия для здоровья начинаются уже при среднем уровне звукового давления в 40 децибел . [14]

Совет ФАУ

Федеральное управление гражданской авиации ( ФАУ ) регулирует максимальный уровень шума, который могут издавать отдельные гражданские самолеты, требуя от самолетов соответствия определенным стандартам сертификации по шуму. В этих стандартах изменения требований к максимальному уровню шума обозначаются обозначением «стадии». Стандарты шума США определены в Своде федеральных правил (CFR), раздел 14, часть 36 – Стандарты шума: тип воздушного судна и сертификация летной годности (14 CFR, часть 36). Федеральное управление гражданской авиации утверждает, что максимальный средний уровень звука днем ​​и ночью в 65 дБ несовместим с жилыми районами. [15] Население в пострадавших районах может иметь право на смягчение последствий, например, на звукоизоляцию.

Шум в салоне

Типичный салон пассажирского самолета

Авиационный шум также влияет на людей, находящихся в самолете: экипаж и пассажиров. Шум в кабине можно изучить, чтобы оценить его профессиональное воздействие , а также здоровье и безопасность пилотов и бортпроводников. В 1998 году 64 пилота коммерческих авиакомпаний были обследованы на предмет потери слуха и шума в ушах . [16] В 1999 году NIOSH провел несколько исследований шума и оценок опасности для здоровья и обнаружил, что уровни шума превышают рекомендуемый предел воздействия в 85 децибел , взвешенных по шкале А, как средневзвешенное среднее значение для 8 часов . [17] В 2006 году уровень шума внутри Airbus A321 во время крейсерского полета составлял примерно 78 дБ(А), а во время руления, когда двигатели самолета создают минимальную тягу, уровень шума в салоне был зафиксирован на уровне 65 дБ(А). ). [18] В 2008 году исследование бортпроводников шведских авиакомпаний показало, что средний уровень звука составляет от 78 до 84 дБ(А) с максимальным уровнем воздействия по шкале А 114 дБ, но не выявило серьезных сдвигов порога слышимости. [19] В 2018 году исследование уровней звука, измеренное на 200 рейсах, представляющих шесть групп самолетов, показало, что уровень шума средств массовой информации составил 83,5 дБ (А), при этом уровни достигали 110 дБ (А) на некоторых рейсах, но только 4,5% превышали рекомендованный NIOSH уровень 8. -hr TWA 85 дБ(А). [20]

Когнитивные эффекты

Было показано, что имитация авиационного шума при уровне 65 дБ (А) отрицательно влияет на память людей и запоминание слуховой информации. [21] В одном исследовании, сравнивавшем влияние авиационного шума с влиянием алкоголя на когнитивные функции, было обнаружено, что имитация авиационного шума при уровне 65 дБ(А) оказывает такое же влияние на способность людей вспоминать слуховую информацию, как и состояние опьянения. уровень концентрации алкоголя в крови (BAC) 0,10. [22] BAC 0,10 вдвое превышает установленный законом предел, необходимый для управления автомобилем во многих развитых странах, таких как Австралия.

Программы смягчения последствий

Изолированное остекление снижает уровень шума.

В Соединенных Штатах, с тех пор как в конце 1960-х годов авиационный шум стал общественной проблемой, правительства ввели законодательный контроль. Конструкторы, производители и эксплуатанты самолетов разработали более тихие самолеты и улучшенные процедуры эксплуатации. Например, современные турбовентиляторные двигатели с большим двухконтурным режимом работают заметно тише, чем турбореактивные двигатели и турбовентиляторные двигатели с малым двухконтурным режимом 1960-х годов. В рамках сертификации самолетов ФАУ достигнуто снижение шума, классифицированное как самолет «Этапа 3»; который был повышен до сертификации по шуму «Стадия 4», в результате чего самолет стал более тихим. Это привело к снижению воздействия шума, несмотря на рост трафика и популярность. [23]

В 1980-х годах Конгресс США уполномочил ФАУ разработать программы по изоляции домов вблизи аэропортов. Хотя это не устраняет внешний шум, программа оказалась эффективной для жилых помещений. Некоторыми из аэропортов, где эта технология была впервые применена, были международный аэропорт Сан-Франциско и международный аэропорт Сан-Хосе в Калифорнии. Используется компьютерная модель, имитирующая воздействие авиационного шума на строительные конструкции. Можно изучить вариации типов самолетов, схем полетов и местную метеорологию . Затем можно оценить преимущества стратегий модернизации зданий, таких как модернизация крыши, улучшение оконного остекления , перегородки камина, герметизация 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 ФАУ США является самым громким, а этап 4 — тише. [26] Этап 3 требовался для всех больших реактивных и турбовинтовых самолетов в гражданских аэропортах США с 2000 года, [25] и, по крайней мере, Этап 2 для самолетов с взлетной массой менее 75 000 фунтов (34 т) до 31 декабря 2015 года. [26] Предыдущим был этап 4 для больших самолетов, эквивалентный стандартам главы 4 Приложения 16 ИКАО , том 1, тогда как более строгая глава 14 вступила в силу 14 июля 2014 года и была принята ФАУ в качестве этапа 5 с 14 января 2016 года. действует для сертификатов нового типа с 31 декабря 2017 г. или с 31 декабря 2020 г. 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 Stage 3 вступил в силу 5 мая 2014 года и соответствует главам 8 и 11 ИКАО. [25]

Ограничения на ночные полеты

В аэропортах Хитроу , Гатвик и Станстед в Лондоне (Великобритания) и аэропорту Франкфурта в Германии действуют ограничения на полеты в ночное время , чтобы снизить воздействие шума в ночное время. [29] [30]

Спутниковые навигационные системы

Испытания, проведенные в 2013–2014 годах, показали, что использование спутниковых навигационных систем может способствовать снижению шума, хотя результаты не всегда были полезными из-за концентрации траекторий полета. Изменение углов и траекторий полета принесло некоторые изменения в шумоподавление некоторых местных жителей. [31] [32] [ нужен лучший источник ]

Технический прогресс

Конструкция двигателя

Современные ТРДД с большим двухконтурным режимом не только более экономичны , но и намного тише, чем старые турбореактивные двигатели и турбовентиляторные двигатели с малым байпасом. На новых двигателях шумоподавляющие шевроны еще больше снижают шум двигателя, [33] в то время как на старых двигателях используются комплекты шумоглушения , помогающие снизить чрезмерный шум.

Расположение двигателя

Турбореактивные двигатели установлены над крылом модели Boeing X-48.

Возможность снижения шума может быть ограничена, если двигатели остаются под крыльями самолета. НАСА ожидает, что к 2026–2031 гг. совокупный уровень шума будет на 20–30 дБ ниже пределов Этапа 4, но для того, чтобы сохранить авиационный шум в пределах границ аэропорта, потребуется снижение как минимум на 40–50 дБ. [34] Шасси , предкрылки и закрылки также создают шум, и их, возможно, придется экранировать от земли с помощью новых конфигураций. [34] НАСА обнаружило, что гондолы над крылом и в средней части фюзеляжа могут снизить шум на 30–40 дБ и даже 40–50 дБ для гибридных корпусов крыла , что может быть важно для открытых несущих винтов. [34]

К 2020 году разрабатываемые вертолетные технологии и новые процедуры могут снизить уровень шума на 10 дБ и шумовой след на 50%, но для сохранения или расширения вертодромов необходимы дальнейшие достижения . [34] Доставка пакетов БПЛА необходимо будет охарактеризовать их шум, установить пределы и снизить их воздействие. [34]

Смотрите также

Общий:

Рекомендации

  1. ^ Нассур, Али-Мохамед; Леже, Дэмиен; Лефевр, Мари; Эльбаз, Максим; Митлицки, Фанни; Нгуен, Филипп; Рибейро, Карлос; Сино, Матье; Лаумон, Бернар; Эврар, Анн-Софи (2019). «Влияние авиационного шума на частоту сердечных сокращений во время сна у населения, живущего вблизи аэропортов». Международный журнал экологических исследований и общественного здравоохранения . 16 (2): 269. doi : 10.3390/ijerph16020269 . ISSN  1660-4601. ПМЦ  6352139 . ПМИД  30669300.
  2. ^ Баснер, Матиас; Макгуайр, Сара (2018). «Руководство ВОЗ по уровню шума в окружающей среде для Европейского региона: систематический обзор шума окружающей среды и его воздействия на сон». Международный журнал экологических исследований и общественного здравоохранения . 15 (3): 519. doi : 10.3390/ijerph15030519 . ISSN  1660-4601. ПМК 5877064 . ПМИД  29538344. 
  3. ^ Боден, Клеманс; Лефевр, Мари; Шампеловье, Патрисия; Ламбер, Жак; Лаумон, Бернар; Эврар, Анн-Софи (2018). «Авиационный шум и психологические проблемы со здоровьем: результаты перекрестного исследования во Франции». Международный журнал экологических исследований и общественного здравоохранения . 15 (8): 1642. doi : 10.3390/ijerph15081642 . ISSN  1660-4601. ПМК 6121613 . ПМИД  30081458. 
  4. ↑ abc Берни Болдуин (18 декабря 2017 г.). «Как кроссоверы решают проблему шума». Неделя авиации и космических технологий .
  5. ^ ab «Шум планера самолета — обзор исследования». Архивировано из оригинала 17 мая 2008 года . Проверено 13 июля 2008 г.
  6. ^ НИОШ (9 мая 2017 г.). «БЕЗОПАСНОСТЬ И ЗДОРОВЬЕ ЭКИПАЖЕЙ» . Проверено 29 июня 2018 г.
  7. ^ Питерс, Джунетт Л.; Зевитас, Кристофер Д.; Редлайн, Сьюзен; Гастингс, Аарон; Сизов, Наталья; Харт, Джейми Э.; Леви, Джонатан И.; Руф, Кристофер Дж.; Веллениус, Грегори А. (26 апреля 2018 г.). «Авиационный шум и здоровье сердечно-сосудистой системы в Соединенных Штатах: обзор данных и рекомендации по направлению исследований». Текущие эпидемиологические отчеты . 5 (2): 140–152. дои : 10.1007/s40471-018-0151-2. ISSN  2196-2995. ПМК 6261366 . ПМИД  30505645. 
  8. ^ Розенхолл Ю, Педерсен К, Сванборг А (1990). «Пресбиакузис и потеря слуха, вызванная шумом». Ухо Слушай . 11 (4): 257–63. дои : 10.1097/00003446-199008000-00002. ПМИД  2210099.
  9. ^ Шмид, RE (18 февраля 2007 г.). «Стареющая нация сталкивается с растущей потерей слуха». Новости CBS . Архивировано из оригинала 15 ноября 2007 года . Проверено 18 февраля 2007 г.
  10. ^ Сенатский комитет по общественным работам, Закон о шумовом загрязнении и борьбе с ним от 1972 года , Палата представителей США № 1160, 92-й Конг. 2-я сессия
  11. ^ Крайтер, Карл Д. (1994). Справочник по слуху и воздействию шума: физиология, психология и здравоохранение . Бостон: Академическая пресса. ISBN 978-0-12-427455-6.
  12. ^ «Анализ | Где шумные дороги и аэропорты наносят наибольший ущерб нашему здоровью и здравомыслию» . Вашингтон Пост . Проверено 20 мая 2017 г.
  13. ^ Хусс, Анке; и другие. (ноябрь 2010 г.). «Авиационный шум, загрязнение воздуха и смертность от инфаркта миокарда». Эпидемиология . 21 (6): 829–836. дои : 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. ^ «Мониторинг шума». Масспорт. Архивировано из оригинала 1 февраля 2014 года . Проверено 31 января 2014 г.
  16. ^ Бего, Дюран Р.; Венцель, Элизабет М.; Тран, Лаура Л.; Андерсон, Марк Р. (февраль 1998 г.). «Обследование потери слуха у пилотов коммерческих авиакомпаний». Перцептивные и моторные навыки . 86 (1): 258. doi :10.2466/pms.1998.86.1.258. ISSN  0031-5125. PMID  9530744. S2CID  24928181.
  17. ^ НИОШ (1999). «Отчет об оценке рисков для здоровья: Continental Express Airlines, Ньюарк, Нью-Джерси» (PDF) . Проверено 29 июня 2018 г.
  18. ^ Озджан Гонконг; Немлиоглу С (2006). «Уровень шума в салоне во время коммерческих полетов самолетов». Канадская акустика . 34 (4).
  19. ^ Линдгрен, Торстен; Вислендер, Гунилла; Нордквист, Тобиас; Даммстрем, Бо-Йоран; Норбек, Дэн (30 октября 2008 г.). «Статус слушания бортпроводников шведской коммерческой авиакомпании». Международные архивы гигиены труда и окружающей среды . 82 (7): 887–892. дои : 10.1007/s00420-008-0372-7. ISSN  0340-0131. PMID  18972126. S2CID  29612085.
  20. ^ Зевитас, Кристофер Д.; Спенглер, Джон Д.; Джонс, Байрон; Макнили, Эйлин; Коулл, Брент; Цао, Сяодун; Лоо, Син Мин; Жестко, Анна-Кейт; Аллен, Джозеф Г. (15 марта 2018 г.). «Оценка шума в салоне самолета». Журнал науки о воздействии и экологической эпидемиологии . 28 (6): 568–578. дои : 10.1038/s41370-018-0027-z. ISSN  1559-0631. PMID  29545611. S2CID  3917183.
  21. ^ Молсворт БР, Берджесс М. (2013). Улучшение разборчивости в критической точке безопасности: безопасность в кабине самолета. Наука о безопасности, 51, 11–16.
  22. ^ Молсворт Б.Р., Берджесс М., Ганнелл Б. (2013). Использование воздействия алкоголя в качестве сравнения, чтобы проиллюстрировать пагубное влияние шума на производительность. Шум и здоровье, 15, 367–373.
  23. ^ «Стандарты авиационного шума Этапа 4» . Rgl.faa.gov . Проверено 28 сентября 2012 г.
  24. ^ Хоган, К. Майкл и Йорген Равнкилде, Проектирование акустической изоляции для существующих жилых домов в окрестностях муниципального аэропорта Сан-Хосе , 1 января 1984 г., исследование, финансируемое грантом FAA, ISBN B0007B2OG0
  25. ^ abcd «Подробная информация об уровнях шума, этапах и поэтапном отказе Федерального управления гражданской авиации» . ФАУ.
  26. ^ abc «Проблемы авиационного шума». ФАУ.
  27. ^ «Снижение шума в источнике». ИКАО.
  28. ^ «Аэропортовые сборы за более тихие самолеты» (PDF) . Общественная группа аэропорта Гатвик. 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 года . Проверено 12 июля 2008 г.
  30. ^ Департамент транспорта (nd). «Ночные ограничения в Хитроу, Гатвике и Станстеде (второй этап консультации)» . Проверено 12 июля 2008 г.
  31. ^ «Модернизация воздушного пространства Великобритании». Хитроу.com . Проверено 24 сентября 2015 г.
  32. ^ Anderson Acoustics, испытания на западный и восточный выезд, 2014 г. - Анализ шума и реакция сообщества. Архивировано 28 октября 2016 г., в Wayback Machine , получено 29 ноября 2017 г.
  33. ^ Заман, KBMQ; Бриджес, Дж. Э.; Хафф, Д.Л. «Эволюция от вкладок к технологии Chevron – обзор» (PDF) . Материалы 13-го Азиатского конгресса по механике жидкости, 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». Неделя авиации и космических технологий . Архивировано из оригинала 2 января 2018 года . Проверено 2 января 2018 г.

Внешние ссылки