Credit: CC0公共领域在繁忙的机场附近拥有一个家当然有它的好处。它靠近许多机构，减轻了在无尽的车流中费力赶飞机的问题。但这确实是有代价的——要忍受商用飞机在着陆和起飞时发出的刺耳声音。德克萨斯A& M大学的研究人员进行了一项计算研究，验证了使用形状记忆合金来减少着陆时产生的令人不快的飞机噪音。他们指出，这些材料可以作为被动的无缝填充物插入飞机机翼中，在下降过程中自动展开到完美的位置。
“着陆时，飞机发动机被减速，所以它们非常安静。航空航天工程系助理教授达伦·哈特尔博士说:“任何其他来源的噪音，比如机翼发出的噪音，对地面上的人来说都会变得非常明显。“我们希望创造出不会改变飞机飞行特性的结构，同时大幅降低噪音问题。”
研究人员在《飞机杂志》上描述了他们的发现。
飞机噪音一直是一个公共卫生问题。飞机在着陆时会产生高达75-80分贝的噪音，长期下来会对听力造成损害。例如，研究表明，与不住在机场附近的人相比，暴露在持续飞机噪音中的人会经历睡眠障碍，患中风和心脏病的风险增加。
飞机噪音的来源在上升和下降过程中是不同的。起飞时，发动机是噪音的主要来源。另一方面，当飞机减速着陆时，发动机不需要发电，大多处于怠速状态。这时，机翼开始重新配置自己，使飞机减速，准备着陆。类似于百叶窗帘的开口，机翼的前缘与主体分离。这种变化导致空气冲进创造的空间，剧烈地绕圈并产生噪音。
哈特尔说:“这个想法类似于笛子发出声音的方式。“当吹笛子时，吹过一个洞的空气开始在洞周围旋转，洞的大小、长度以及我如何盖住洞，都会产生一定频率的共振声。同样，机翼前缘和主翼之间形成的凹口中的循环空气会产生共振，并产生尖锐、令人不快的噪音。”
哈特尔在美国国家航空航天局的合作者的早期工作表明，在这个海湾内用作细长“S”形薄膜的填充物可以绕过引起噪音的空气循环，从而减少刺耳的声音。然而，缺乏对候选材料的系统分析，这些材料可以在下降过程中呈现所需的S形几何形状，然后在着陆后凹入机翼前缘。
为了填补这一空白，研究人员进行了全面的模拟，以研究由形状记忆合金制成的薄膜是否可以来回移动，每次着陆都改变形状。他们的分析考虑了几何形状、形状记忆合金的弹性和材料下降过程中空气的气动流动。作为对比，研究人员还模拟了由碳纤维增强聚合物复合材料制成的薄膜在相同气流条件下的运动。
哈特尔说，这些类型的模拟计算成本很高，因为在分析空气引起的材料运动时，必须模拟保形材料周围的气流。
“每次空气对材料施加一些压力，材料就会移动。每次物质运动时，空气在它周围的运动是不同的，”他说。“所以，气流的行为改变了结构，而结构的运动改变了气流。”
因此，在正确模拟材料的运动之前，团队必须进行数百到数千次的计算。当他们分析模拟结果时，他们发现形状记忆合金和复合材料都可以改变形状，以减少空气循环，从而降低噪音。然而，研究人员还发现，这种复合材料的设计窗口非常窄，可以消除噪音。
作为下一步，哈特尔和他的团队计划用实验来验证他们的模拟结果。在这些测试中，研究人员将把带有形状记忆合金填充物的缩小模型放入风洞中。目标是检查过滤器是否可以展开成正确的形状，并在接近真实的情况下降低噪音。
“我们也想做得更好，”哈尔说。“我们可能能够创造出更小的结构，可以降低噪音，并且不需要S形，实际上S形相当大，可能很重。”
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