Нормирование авиационного шума

Различают два вида нормирования шума вообще и авиационного шума в частности – санитарное и техническое.

Санитарное нормирование призвано защитить людей от вредного воздействия шума. Оно регламентирует интенсивность и другие характеристики, определяющие меру вреда, причиняемого организму человека. Санитарные нормы устанавливают предельно-допустимые уровни шума в местах присутствия человека – на территории жилой застройки, вблизи санаторных и лечебных учреждений, в общественных местах, на рабочих местах и т.д.

Техническое нормирование устанавливает предельные характеристики шума для различных видов транспорта, машин и оборудования. Если санитарные нормы устанавливают необходимую степень ослабления шума, то технические нормы определяют технические возможности ослабления шума.

Ограничение шума воздушных судов на местности осуществляется в области и санитарного, и технического нормирования. При этом санитарные нормы авиационного шума носят характер национальных норм и несколько различаются в разных странах по единицам оценки и предельно-допустимым значениям уровня шума.

Технические нормы шума воздушных судов имеют статус как международных, так и национальных. Международные нормы разрабатываются в рамках деятельности ИКАО – Международной организации гражданской авиации - с использованием различных технических требований, определенных Международной организацией по стандартизации (ИСО) и Международной электротехнической комиссией (МЭК).

Национальные технические нормы шума воздушных судов как правило гармонизированы с международными нормами и существуют в виде отдельных частей к Нормам летной годности воздушных судов (Авиационных правил). В России – это АП-36, в США – FAR-36, в Европейском Cоюзе – CS-36.

Самолеты транспортной категории.

Хронология ужесточения международных требований к уровням шума магистральных самолетов на местности имеет свою историю. В 1971 году появилось Приложение 16 к Конвенции о международной гражданской авиации, где в Главе 2 были сформулированы первые нормы на уровни шума самолетов. Уровни шума регламентируются в трех контрольных точках на местности, расположенных, соответственно, сбоку от ВПП и под траекториями взлета и захода на посадку.

В 70-е годы, в связи с внедрением в гражданскую авиацию турбореактивных двигателей с высокой степенью двухконтурности, произошло снижение шумности самолетов. В ответ на это в 1978 году появились новые, более жесткие требования к уровням шума, сформулированные в Главе 3 тома 1 Приложения 16. Эти нормы действуют и в настоящее время, однако им на смену уже приняты ИКАО в 2001 году новые нормы, известные как нормы Главы 4 стандарта ИКАО. Эти нормы жестче норм “Главы 3” на 10 EPN дБ в сумме по трем контрольным точкам на местности. Динамика ужесточения норм ИКАО рассмотрена на рисунке 1.

За 34 года, прошедшие после появления в 1971г первых норм, ужесточение нормативных требований ИКАО к уровням шума на местности самолетов транспортной категории составляет 30 EPNдБ в сумме по трем контрольным точкам на местности.

Рисунок 1

Европарламент и Совет ЕС в 2002г приняли новую Директиву № 2002 / 30 / ЕС в отношении ограничения эксплуатации пересертифицированных реактивных самолетов с двигателями с низкой степенью двухконтурности. Директива устанавливает новый порядок введения ограничений на эксплуатацию на территории стран – членов ЕС любых реактивных самолетов, уровни шума которых соответствуют требованиям норм Главы 3 стандарта ИКАО с запасом не более 5 EPNдБ. Эти самолеты именуются в Директиве как воздушные суда " с малым запасом по соответствию”.

В соответствии с действующими нормами Главы 3 уровни шума реактивных и винтовых пассажирских самолетов с величиной взлетной массы свыше 8618 кг ограничиваются в 3-х контрольных точках на местности, расположенных, соответственно, сбоку от ВПП и под траекториями взлета и захода на посадку (рисунок 2).

Рисунок 2

Точка сбоку от ВПП для самолетов с ТРДД (кт1) располагается на линии, параллельной оси ВПП и удаленной от нее на расстояние 450 м, на траверзе позиции самолета на траектории взлета, где высота полета равна ~ 300 м.

Точка под траекторией взлета - кт2 - находится на удалении 6500 м от линии исполнительного старта, а точка под глиссадой захода на посадку - кт3 - на удалении 2000м от ближайшего торца ВПП.

Для винтовых самолетов допускается использование вместо точки сбоку от ВПП альтернативной точки, расположенной под траекторией взлета в месте, где высота полета самолета достигает величины 650 м.

Предельно-допустимые уровни шума на местности, соответствующие нормам Главы 3 стандарта ИКАО, определяются в зависимости от величины взлетной массы самолета и оцениваются в единицах “эффективный уровень воспринимаемого шума - EPNL, EPNдБ”.

Для 2-х двигательных реактивных и винтовых пассажирских самолетов в области малых взлетных масс (менее 35т - для кт1 и кт3, менее 48.1т - для кт2) величина допустимого уровня шума имеет постоянное значение и составляет для кт1, кт2 и кт3, соответственно, 94 EPNдБ, 89 EPNдБ и 98 EPNдБ (рисунок 3).

В области высоких значений взлетной массы самолета (свыше 400т - для кт1, свыше 385т - для кт2 и свыше 280т - для кт3) величина предельно- допустимого уровня шума на местности также не зависит от значения взлетной массы и составляет для кт1, кт2 и кт3, соответственно, 103 EPNдБ, 101 EPNдБ и 105 EPNдБ.

В промежутках между предельными значениями взлетной массы величина предельно- допустимого уровня шума изменяется по логарифмическому закону:

для кт1 - EPNL = 80.87 + 8.51 · lg m_ВЗЛ, EPNдБ (1)

для кт2 - EPNL = 66.65 + 13.29 · lg m_ВЗЛ, EPNдБ (2)

для кт3 - EPNL = 86.03 + 7.75 · lg m_ВЗЛ, EPNдБ (3)

Рисунок 3

Нормы Главы 4 жестче норм Главы на 10EPNдБ в сумме по трем контрольным точкам на местности. При этом действуют следующие ограничения:

· ни в одной из контрольных точек уровень шума не может быть ниже величины, определяемой нормами Главы 3;

· величина запаса относительно норм Главы 3 по любым двум контрольным точкам должна быть не менее 2-х EPNдБ;

· отменено правило компенсации, которое действует в нормах Главы 3 и в соответствии с которым допускается превышение уровня шума самолета над нормой в одной (до 2-х EPNдБ) или одновременно в двух контрольных точках (до 3-х EPNдБ) при компенсации этого превышения за счет соответствующего снижения уровня шума в других точках.

Винтовые самолеты легкие и коммютерной категории.

В соответствии с действующими Авиационными Правилами РФ (Часть АП-36) и требованиями международного стандарта ИКАО (Приложение 16 к Конвенции о международной гражданской авиации, том1) к данной категории летательных аппаратов относятся все самолеты с винтовыми движителями, величина взлетной массы которых не превышает величины 8620кГ, за исключением самолетов, специально сконструированных для высшего пилотажа, для использования в сельском хозяйстве или для борьбы с пожарами. В авиационных правилах США (раздел FAR36) к данной категории винтовых самолетов относятся и самолеты, специально сконструированные для высшего пилотажа.

В зависимости от даты принятия сертифицирующим органом заявки на сертификацию типа все рассматриваемые самолеты подразделяются на ряд групп, на которые распространяются разные методы определения соответствия и разные величины предельно-допустимых уровней шума на местности. В Авиационных Правилах РФ и в международном стандарте ИКАО принята следующая градация легких винтовых самолетов и самолетов коммютерной категории на группы:

(a) одно и двухдвигательные самолеты, в отношении которых:

(1) сертифицирующим органом была принята заявка на сертифиат типа или выполнена другая аналогичная процедура 1 января 1975г или позже и до 17 января 1988г, за исключение модифицированных вариантов самолетов, в отношении которых сертифицирующим органом была принята заявка на сертификат типа или выполнена другая аналогичная процедура 17 ноября 1988г или позже;

(2) сертификат летной годности для отдельного экземпляра самолета впервые был выдан 1 января 1980г или позже.

(3) сертифицирующим органом была принята заявка на сертификат типа или всех модифицированных вариантов, или выполнена другая аналогичная процедура 17 ноября 1988г или позже;

(b) однодвигательные самолеты, в отношении которых:

(1) сертифицирующим органом была принята заявка на сертификат типа или их модифицированных вариантов или выполнена другая аналогичная процедура 4 ноября 1999г или позже;

(2) сертифицирующим органом была принята заявка на сертификат модифицированного варианта самолета или выполнена другая аналогичная процедура 4 ноября 1999г или позже, но в отношении которых сертифицирующим органом была принята заявка на сертификат типа до 4 ноября 1999г;

(3) самолеты, отвечающие требованиям пункта (b)(2), но заявка на сертификат модифицированного варианта была подана до 4 ноября 2004г.

Уровень шума на местности самолета, относящегося к группе а(1) или а(2), определяется при горизонтальном пролете самолета над точкой измерения шума на местности на высоте 300м. Для всех остальных групп самолетов уровень шума на местности определяется для режима взлета самолета в контрольной точке, расположенной под траекторией взлета на удалении 2500м от линии исполнительного старта. Уровень шума самолета на местности оценивается в единицах дБА и определяется как максимальный суммарный уровень звукового давления в диапазоне частот 45-11300Гц, взвешенный по шкале “ А“ стандартного шумомера.

Величина предельно-допустимого уровня шума в контрольной точке на местности зависит от величины взлетной массы самолета (рисунок 4) и определяется из следующих соотношений:

для самолетов, принадлежащих к группе а(1) или а(2):

уровень шума не должен превышать величины 68 дБA при величине взлетной массы до 600 кг включительно; при величине взлетной массы от 600 кг и до 1500 кг включительно допустимый уровень шума увеличивается в соответствии с градиентом 1 дБА / 75 кг вплоть до величины 80 дБА при массе 1500 кг; для взлетных масс более 1500кг указанный предел остается постоянным и равным 80 дБА вплоть до массы самолета 8620кГ;

для самолетов, принадлежащих к группе а(3), уровень шума на местности не должен превышать значений:

L _Амакс = 76 дБА при М £ 0.6´10 ³ кГ;

L _Амакс=83.23 + 32.67 lg(М/10 ³) дБА при 0.6´10 ³ кГ < М £ 1.4´10 ³ кГ;

L _Амакс =88 дБА при 1.4´10 ³ кГ < М£ 8.62´10 ³ кГ;

для самолетов, принадлежащих к группе b(1) или b(2):

L _Амакс =70 дБА при М £ 0.57´10 ³ кГ;

L _Амакс=78.71 + 35.7 lg(М/10 ³) дБА при 0.57´10 ³ кГ < М £ 1.5´10 ³ кГ;

L _Амакс =85 дБА при 1.5´10 ³ кГ < М£ 8.62´10 ³ кГ.

Для самолетов, принадлежащих к группе b(3), предельно-допустимые уровни шума определяются как и для самолетов групп b(1), b(2), а если эти требования не могут быть выполнены, то - как для самолетов группы а(3).

Рисунок 4

Вертолеты транспортной категории и легкие вертолеты.

Уровни шума на местности гражданских вертолетов ограничиваются предельно-допустимыми значениями, установленными в международном стандарте ИКАО, а также в национальных нормах летной годности воздушных судов (FAR-36 в США, JAR-36 в странах Европейского Союза, АП-36 в России). В 2001 году на 33-й Ассамблее ИКАО были утверждены новые, более жесткие нормы на уровни шума на местности вертолетов транспортной категории (нормы Главы 8 стандарта ИКАО) и вертолетов легкой весовой категории (нормы Главы 11 стандарта ИКАО). Новые нормы Главы 8 стали более жесткими по сравнению с предыдущими нормами на 8 EPNдБ в сумме по трем сертифицируемым режимам полета, а новые нормы Главы 11 ужесточились на 2.5 дБSEL для вертолетов с величиной взлетной массы 1.417 ¸3.17 т.

К вертолетам транспортной категории относятся все гражданские вертолеты, за исключением аппаратов, сконструированных исключительно для использования в сельском хозяйстве, для борьбы с пожарами или для транспортировки грузов на внешней подвеске. К вертолетам легкой весовой категории относятся аппараты, взлетная масса которых не превосходит величины 2730кГ. Для каждой категории вертолетов в стандартах установлены разные методы определения соответствия и разные величины предельно-допустимых уровней шума на местности.

Уровень шума на местности вертолета транспортной категории регламентируется для трех режимов полета - взлета, горизонтального полета на высоте 150м и полета по глиссаде захода на посадку (рисунок 5). Для каждого режима полета оценка уровня шума вертолета производится по результатам измерений уровней шума в трех точках на местности, расположенных с шагом 150м на линии, перпендикулярной трассе полета, причем средняя точка располагается непосредственно под трассой полета. Единицей оценки уровня шума вертолета является эффективный уровень воспринимаемого шума - EPNL.

Рисунок 5

Нормы Главы 8 стандарта ИКАО распространяются на те вертолеты транспортной категории, для которых сертифицирующим органом принята заявка на сертификат типа или выполнена другая аналогичная процедура после 1.01.1985г, или принята заявка на изменение типовой конструкции, которое неблагоприятно влияет на сертификационные уровни шума вертолета, после 17.10.1988г.

Для вертолетов, для которых заявка на выдачу первоначального сертификата типа была подана до 1.01.1985г., а также для вертолетов, которые представляют собой первые гражданские варианты вертолетов, спроектированных, построенных и принятых на вооружение в качестве боевых Вооруженными Силами до 1.01.1985г., величина предельно-допустимых уровней шума определяется нормами Главы 8 стандарта ИКАО, увеличенными на 2 EPNдБ для каждого режим полета.

Предельно-допустимые уровни шума по нормам Главы 8 стандарта ИКАО для вертолетов транспортной категории зависят от величины взлетной массы вертолета и составляют:

при взлете:

ЕРNL=89 ЕРN дБ при М<0,8*10³ кг;

EPNL=9,97lg(M/103)+90,03 ЕРN дБ при 0,8*10³кг £ М<80*10³кг;

EPNL=109 ЕРN дБ при М ³ 80*10³кг;

при горизонтальном полете:

EPNL=88 ЕРN дБ при М<0,8*10³ кг;

EPNL=9,97 lg(M/103 + 89,03 ЕРNдБ при 0,8*10³кг £ М<80*10³кг;

EPNL=108 ЕРNдБ при М ³ 80*10³кг;

при заходе на посадку:

EPNL=90 ЕРNдБ при М<0,8*10³ кг;

EPNL=9,97 lg(M/103 + 91,03 ЕРN дБ при 0,8*103кг £ М<80*10³кг;

EPNL=110 ЕРN дБ при М ³ 80*10³ кг.

Правила компенсации. Нормы Главы 8 могут быть превышены на одном или двух режимах полета вертолета, если: (1) сумма превышений не превосходит 4 ЕРN дБ; (2) ни одно из превышений не превосходит 3 ЕРN дБ; (3) превышения полностью компенсируются снижением шума относительно норм на других режимах полета вертолета.

Для вертолета легкой весовой категории уровень шума на местности регламентируется только для режима горизонтального полета на высоте 150м, а оценка уровня шума производится по результатам измерений в одной контрольной точке на местности, расположенной под трассой полета. Единицей оценки уровня шума легкого вертолета является уровень звукового воздействия - SEL.

Для легких вертолетов, для которых сертифицирующим органом выдан сертификат типа или выполнена другая аналогичная процедура после 11.11.1993г, величина предельно-допустимого уровня звукового воздействия составляет:

L = 82 дБ SEL, если М < 0,788*103 кг ;

L = 83,03+9,971g(M/103), дБ SEL, если М ³ 0,788*103 кг, где М - максимальная взлетная масса в кг.