Звук беспилотников при полёте¶
Звук беспилотников при полёте — совокупность акустических сигналов, издаваемых беспилотными летательными аппаратами (БПЛА) в воздухе, определяемых прежде всего работой винтов, двигателя и аэродинамических потоков. Характер звука зависит от типа аппарата, конструкции винтов, мощности двигателей, режима полёта и расстояния до наблюдателя. Звук дрона обычно воспринимается как высокочастотный гул или жужжание, интенсивность которого уменьшается с расстоянием.
¶Природа звука
Основной источник шума любого мультироторного беспилотника — несущие винты. При вращении лопасти создают периодические колебания давления воздуха, формируя тональные составляющие спектра. Частота основного тона (тон лопастной частоты) равна произведению частоты вращения винта на число лопастей. Для типового квадрокоптера с четырьмя двухлопастными винтами, вращающимися со скоростью 3000–5000 об/мин, лопастная частота составляет примерно 100–170 Гц, однако слышимый сигнал содержит множество обертонов и гармоник, воспринимаемых как характерное жужжание в диапазоне 1–5 кГц.
Дополнительные источники шума:
- Двигатели — коллекторные электродвигатели постоянного тока издают высокочастотный свист, бесколлекторные — более тихий гул.
- Аэродинамический шум — турбулентность потока вокруг рамы, стоек и других элементов конструкции.
- Механические вибрации — передача колебаний от винтов и двигателей на раму, резонансные эффекты.
- Акустика полёта — при высокой скорости добавляется шум набегающего потока.
¶Характеристика звука по типам аппаратов
| Тип БПЛА | Типичный звук | Примерный уровень звука на 1 м |
|---|---|---|
| Микроквадрокоптер (до 250 г) | Высокий писк, жужжание комара | 65–75 дБА |
| Квадрокоптер хобби (0.25–2 кг) | Гул, жужжание | 70–85 дБА |
| Профессиональный мультиротор (2–25 кг) | Низкий гул, гудение | 80–95 дБА |
| Фиксированный планерный БПЛА | Тихий гул, почти неслышен на 100 м | 60–75 дБА |
| Военный разведывательный БПЛА (например, «Орлан-10») | Гул, похожий на легкомоторный самолёт | 70–90 дБА |
| Реактивный БПЛА | Гул реактивного двигателя | 90–110 дБА |
Микроквадрокоптеры из-за малого размера и высокой частоты вращения винтов звучат наиболее пронзительно. Крупные профессиональные аппараты с длинными лопастями и меньшей частотой вращения издают более низкий, «тяжёлый» гул. Аппараты с фиксированным крылом при равной массе обычно тише мультироторных, поскольку используют один или два винта с большими лопастями.
¶Восприятие на расстоянии
Уровень звука падает с расстоянием приблизительно обратно пропорционально квадрату расстояния (закон обратных квадратов), поэтому на удалении 100 м громкость типового квадрокоптера снижается до 40–50 дБА — сопоставимо с фоновым шумом города. На расстоянии более 300–500 м звук большинства гражданских дронов теряется на фоне окружающей акустической обстановки. Высокочастотные составляющие затухают быстрее низкочастотных, поэтому на удалении звук становится более «низким» и глухим.
Ветер, температурные инверсии, рельеф и застройка существенно влияют на то, как звук доносится до наблюдателя. В безветренную ночь звук дрона слышно на значительно большем расстоянии, чем днём.
¶Снижение шума
Конструкторы БПЛА применяют несколько подходов к снижению шума:
- Профиль лопастей — аэродинамически оптимизированные лопасти с загнутыми законцовками снижают турбулентный шум.
- Разное число оборотов — винты с большим диаметром и меньшей частотой вращения при тяге создают меньше шума.
- Экранирование — кольцевые защитные обводы и кожухи могут как снижать, так и усиливать шум в зависимости от конструкции.
- Фазировка винтов — сдвиг фаз вращения соседних винтов позволяет частично гасить звуковые волны.
- Мягкие демпферы — виброгасящие крепления двигателей уменьшают передачу шума на раму.
По данным производителей, отдельные модели гражданских дронов (например, серия DJI Mini) заявляют уровень шума около 60 дБА на расстоянии 1 м — примерно как разговорная речь.
¶Применение акустических характеристик
Знание звукового профиля БПЛА используется в нескольких областях:
- Акустические системы обнаружения — стационарные микрофонные массивы распознают дрон по спектру звука и определяют направление на него. Такие системы применяются для охраны объектов и охраны воздушного пространства.
- Военное дело — звук дрона традиционно служил признаком его приближения; на слух определяли тип аппарата и направление.
- Гражданская безопасность — системы обнаружения дронов в аэропортах и на объектах критической инфраструктуры используют акустические сенсоры в сочетании с радиочастотными и радарными методами.
¶Интересные факты
- Звук дрона на расстоянии часто сравнивают с жужжанием крупного насекомого — комара, шмеля или осы; это сходство обусловлено близкими диапазонами частот.
- Некоторые военные БПЛА-камикадзе, например, применяющиеся в конфликтах начала 2020-х годов, издают характерный пронзительный визг при пикировании, обусловленный обдувом корпуса на высокой скорости.
- Учёные исследуют возможность маскировки дронов путём формирования звукового поля, имитирующего фоновые шумы среды.
¶Источники
- Справочная литература по аэроакустике винтовых летательных аппаратов
- Техническая документация производителей БПЛА (DJI, Autel)
- Публикации по акустическому обнаружению беспилотников