Реверс (авиация)

Реверс (авиация)

Реверс — устройство для направления части воздушной или реактивной струи по направлению движения самолёта и создания таким образом обратной тяги. Кроме того, реверсом называется применяемый режим работы авиационного двигателя, задействующий реверсивное устройство.

Реверс применяется в основном на пробеге, после посадки, или для аварийного торможения при прерванном взлёте. Реже — на рулении, для движения самолёта задним ходом без помощи буксировщика. Небольшое число самолётов допускают включение реверса в воздухе. Наиболее широко реверс применяется в коммерческой и транспортной авиации. Характерный шум можно часто услышать при пробеге самолёта по ВПП после посадки.

Реверс применяют совместно с основной (колёсной) тормозной системой самолёта. Его применение позволяет снизить нагрузку на основную тормозную систему самолёта и сократить тормозную дистанцию, особенно при малом коэффициенте сцепления колёс с ВПП, а также в начале пробега, когда остаточная подъёмная сила крыла уменьшает нагрузку на колёса, снижая эффективность тормозов. Вклад реверсивной тяги в общее тормозное усилие может сильно различаться для разных моделей самолётов.

Содержание

• 1 Реверс реактивного двигателя
  • 1.1 Ковшовые створки
  • 1.2 Профилированные решётки
  • 1.3 Ограничения
• 2 Реверс двигателя с воздушным винтом
  • 2.1 История
• 3 Самолёты без реверсивного устройства
• 4 Использование реверса в воздухе
• 5 См. также
• 6 Примечания
• 7 Ссылки

Реверс реактивного двигателя [ править | править код ]

Реверс реализуется путём отклонения части или всей струи, исходящей из двигателя, при помощи разнообразных затворок. В разных двигателях реверсивное устройство реализовано различным способом. Специальные затворки могут перекрывать струю, создаваемую только внешним контуром турбореактивного двигателя (например, на A320), или струи обоих контуров (например, на Ту-154М).

В зависимости от конструктивных особенностей самолёта реверсом могут быть оснащены как все двигатели, так и их часть. Например, на трёхдвигательном Ту-154 реверсивным устройством оснащены только крайние двигатели, а на Як-40 — только средний.

Ковшовые створки [ править | править код ]

Способ, в котором для перенаправления воздушного потока используются специальные створки определённого вида, так называемые «ковшовые». Таких створок на двигателях как минимум две (Ту-154М) или более (Boeing 737) и внешне они напоминают ковши. Например в двигателе невысокой степени двухконтурности с перекрытием всего потока, например Д-30КУ-154 (в самолётеТу-154М). В двигателе высокой степени двухконтурности, например CFM56-5В (в самолёте А320) с перекрытием холодной части потока и с сохранением прямого течения в горячей части потока (сопла).

Профилированные решётки [ править | править код ]

Способ, в котором в задней части двигателя и, возможно, сопла двигателя, выполнены специальные профилированные решётки. Когда двигатель работает на прямой тяге, створки перенаправляют проход выходящих газов в решётки. Такая конструкция применяется например в двигателях невысокой степени двухконтурности с перекрытием всего потока, НК-8-2(У) (в самолёте Ту-154) или Pratt & Whitney JT8D (в самолёте Boeing 727). В двигателе высокой степени двухконтурности, например Д-436 (в самолёте Ан-148) с перекрытием холодной части потока и с сохранением прямого течения в горячей части потока (сопла).

Ограничения [ править | править код ]

К недостаткам реверсивной системы можно отнести неприятности, связанные с его применением на малых скоростях (приблизительно [1] . При высокой скорости движения самолёта поднятый мусор помех не создает, поскольку не успевает подняться до высоты воздухозаборника к моменту его приближения.

На самолёте Ил-76 реверсивное устройство имеют все 4 двигателя, однако на практике реверс внутренних (2-го и 3-го) двигателей стараются не использовать, так как возможно повреждение обшивки фюзеляжа.

Реверс двигателя с воздушным винтом [ править | править код ]

Реверс у винтовых самолётов реализуется путём поворота лопастей винта (изменяется угол атаки лопастей с положительного на отрицательный) при неизменном направлении вращения. Таким образом винт начинает создавать обратную тягу. Такой тип реверсивного устройства может применяться как на самолётах с поршневым двигателем, так и на турбовинтовых самолётах, в том числе и одномоторных. Реверс зачастую предусматривается на гидросамолётах и амфибиях, так как предоставляет значительное удобство при рулении на воде.

История [ править | править код ]

Первое применение реверса тяги на винтовых самолётах можно отнести к 1930-м годам. Так, реверсом были оборудованы пассажирские самолёты Боинг 247 и Дуглас DC-2.

Самолёты без реверсивного устройства [ править | править код ]

Большое количество самолётов не нуждается в реверсе, или реверс сложно реализовать технически. Так например, в связи с особенностями механизации крыла и чрезвычайно эффективными воздушными тормозами в хвосте BAe 146—200 не требуется включать реверс при приземлении. Соответственно, все четыре двигателя не работают в режиме реверса. По этой же причине в реверсивном устройстве не нуждается самолёт Як-42. В то же время многие самолёты с форсажными камерами (военного назначения) не имеют реверса, в связи с чем их послепосадочный пробег велик. Данное обстоятельство вынуждает строить ВПП большей длины, в конце ВПП устанавливать аварийные устройства торможения, а на сами самолёты устанавливать высокоэффективные колёсные тормоза и тормозные парашюты. Необходимо отметить, что тормоза и пневматики таких самолётов подвержены большому износу и требуют частой замены, а в случае применения парашютов требуется организация дополнительных служб по техническому обеспечению и обслуживанию ТП.

Использование реверса в воздухе [ править | править код ]

Некоторые самолёты (как винтовые, так и реактивные, военные и гражданские) допускают возможность включения реверса тяги в воздухе, при этом его использование зависит от конкретного типа воздушного судна. В ряде случаев реверс включается непосредственно перед касанием полосы; в других случаях — на снижении, что позволяет снизить скорость торможением (при подходе по крутой глиссаде) или избежать превышения допустимых скоростей при пикировании (последнее применимо к военным самолётам); для выполнения боевых маневров; для быстрого экстренного снижения.

Так, в турбовинтовом авиалайнере ATR 72 реверс может быть использован в полёте (при снятии пилотом предохранительной пломбы); турбореактивный лайнер «Трайдент» также допускает реверс в воздухе для быстрого снижения с вертикальной скоростью до 3 км/мин (хотя эта возможность редко использовалась на практике); с той же целью мог быть включен реверс двух внутренних двигателей сверхзвукового лайнера «Конкорд» (только на дозвуковой скорости и при высоте ниже 10 км). Военно-транспортный самолёт C-17A также допускает включение реверса всех четырёх двигателей в воздухе для быстрого снижения (до 4600 м/мин). Истребитель Сааб 37 «Вигген» также располагал возможностью реверса в полёте для сокращения посадочной дистанции. Одномоторный турбовинтовой самолёт Pilatus PC-6 также может использовать реверс в воздухе при заходе по крутой глиссаде на короткие посадочные площадки.

Для примера использования реверса тяги в воздухе (непосредственно перед касанием полосы) можно привести выдержку из руководства по лётной эксплуатации самолёта Як-40:

на высоте 6-4 м уменьшить режим работающим боковым двигателям до малого газа и начать выравнивание самолёта, дав команду: Реверс.

Шум в двигателе с чего начать

Лада ВАЗ-2110 (2111, 2112). Двигатель стучит «на холодную»

Внезапное появление посторонних звуков из-под капота способно напугать любого водителя. Такие перемены в работе мотора не сулят ничего хорошего — значит, вас ждут финансовые траты. Но что же является причиной стука при прогреве двигателя?
Причин, почему двигатель может начать издавать различные, не свойственные нормальной работе звуки, достаточно много. В любом случае при появлении подобных изменений необходимо как можно скорее ехать в автосервис на диагностику и выявление проблемы. Опытный моторист, как профессиональный музыкант, слышит и чувствует все оттенки звуков двигателя и легко определит причину.

Износ двигателя

Виновником появления стуков на непрогретом двигателе может быть износ. В процессе эксплуатации всё внутри двигателя постепенно изнашивается, увеличиваются тепловые зазоры, что и приводит к появлению стука на холодном моторе. Поэтому появление посторонних шумов может свидетельствовать о необходимости регулировать клапана или менять гидрокомпенсаторы. Причиной стука могут стать и изношенные коренные вкладыши.

На цепных моторах появление стуков может говорить о скорой необходимости замены ГРМ. Как правило, меняют не только саму цепочку, но и натяжитель, а при необходимости и шестерни. К наиболее серьёзным причинам стука из двигателя можно отнести стук поршней. Изношенные поршни задевают «юбкой» стенки цилиндра, оставляя на них задиры.

Некачественный бензин
Детонация — одна из возможных причин появления стука в моторе. Но в отличие от других причин, стук при детонации не пропадает после прогревания двигателя. Происходит это из-за неправильного воспламенения топливо-воздушной смеси, что приводит к микровзрывам внутри камеры сгорания. Продолжительная езда с детонаций гарантированно приведёт к поломке двигателя. Одной из самых распространённых причин появления детонации стала заправка некачественным топливом. Например, если на многих современных моторах вместо 95-го залить 92-й, то это может привести к появлению детонации.

Пугать, издавая различные звуки из подкапотного пространства, могут и сломавшиеся детали навесного оборудования, такие, как генератор, стартер, помпа, насос ГУРа, компрессор кондиционера, натяжные ролики приводного ремня. Издавать стуки при движении могут и изношенные опоры двигателя и коробки передач.

Гидрокомпенсатор стучит на холодную. Стук гидрокомпенсаторов на холодном двигателе

Каждый автолюбитель при эксплуатации транспортного средства непременно прислушивается к тому, как работает его авто. Появление в работе двигателя посторонних шумов, как правило, не доставляет радости владельцу. Наличие малейших неисправностей требует проведения срочной диагностики и устранения проблемы. При работе двигатель выделяет тепло, а при воздействии его на металл последний начинает расширяться. В итоге на некоторых деталях образуются большие зазоры, которые как раз и приводят к появлению посторонних шумов. Одной из проблем могут стать стучащие гидрокомпенсаторы, которые самостоятельно регулируют нужный зазор. В данной статье мы подойдем к широкому объяснению темы. Что такое гидрокомпенсаторы (их устройство, предназначение), почему стучат они на разных режимах работы двигателя — обо всем этом читайте ниже.

Данный элемент представляют собой поршень, с помощью которого происходит автоматическая регулировка тепловых зазоров. Принцип работы данного устройства достаточно простой. Дно поршня взаимодействует с кулачком распредвала.
гидрокомпенсатор стучит на холодную
В поршне установлен шариковый клапан, с помощью которого открывается заслонка и начинается поступление масла. При заполнении маслом поршня на имеющийся плунжер будет оказано давление, что приведет к перемещению поршня до упора в кулачок. В итоге происходит установка автоматическим способом наиболее оптимального зазора. При воздействии кулачка на поршень через клапан часть масла уходит.
Поршень немного опускается, создавая тем самым зазор. Последний на гидрокомпренсаторе регулируется потоком поступающего масла. На данном этапе мы узнали, что такое гидрокомпенсаторы (их устройств).

Это услышать достаточно просто. Стук гидрокомпенсаторов на холодном двигателе или горячем начинает проявляться непосредственно при работе двигателя и оказывает прямое влияние на стабильность его работы.

Причины того, что элемент стучит «на горячую», таковы:

-Вышел из строя масляный насос. В системе не создается нужное давление.
-Нарушена гидравлика гидрокомпенсатора, то есть в системе отсутствует необходимое количество масла или же, наоборот, присутствует его избыток.
-Место посадки детали значительно увеличилось из-за нагревания двигателя, в процессе чего происходит расширение металлов.

Данные причины неисправности характерны только для прогретого двигателя. Стоит отметить, что звучание данных элементов на горячем двигателе случается довольно редко.
Чаще всего гидрокомпенсатор стучит «на холодную», при этом для обоих режимов звук может появиться из-за низкого качества масла. Также он возникает из-за загрязненной системы очистки смазочной жидкости.

Стук гидрокомпенсаторов на холодном двигателе

Причин, почему именно деталь стучит на непрогретом двигателе, намного больше, нежели на горячем. Не всегда удается определить источник «цокота» гидрокомпенсаторов. Поэтому в некоторых ситуациях целесообразно обратиться за помощью на специализированную станцию.

Основные причины того, что на холодном двигателе стучат гидрокомпенсаторы:

-Выработка на плунжере.
-Сильная загрязненность моторного масла из-за нарушения сроков смены. Заметьте: при прогреве двигателя с данной причиной стук исчезнет, так как новая партия поданного масла в деталь вымоет выработку.
-Образование пузырьков, что отрицательно влияет на сжимаемость смазки.
-Выход из строя либо неравномерная работа шарикового клапана.
-Использование масла низкого качества.
-Использование смазки с высокой вязкостью. В результате этого к деталям масло не поступает совсем до тех пор, пока двигатель не прогреется.
-Загрязнен фильтрующий элемент.

Одновременно не может застучать несколько агрегатов, как правило, звучит только один. Чтобы выяснить, какой именно пришел в негодность, необходимо произвести диагностику.

Как узнать неисправный элемент

Разобравшись с причинами возможной неисправности в работе двигателя, нужно рассмотреть способ определения неисправной детали. В специализированных мастерских определение стучащего гидрокомпенсатора производится с помощью акустической диагностики.

Помимо этого, стучащий гидрокомпенсатор можно определить на разобранном движке. Для этого нужно снять крышку клапанов и каждый из элементов продавить. Элементы, которые с легкостью утопятся, как раз и будут неисправными, так как в них преобладает наименьше давление. Самое главное при диагностике неисправности — это отсутствие воздействия кулачка распредвала на агрегаты. Другими методами определить неисправный элемент невозможно.

Что делать, когда стучит элемент

Большинство водителей обеспокоены одним вопросом: когда стучит гидрокомпенсатор, что делать? Так как большинство проблем со стуком напрямую связаны с низким качеством масла либо перебоями в работе системы смазки, необходимо произвести замену масла и фильтрующего элемента двигателя. Помимо этого следует произвести промывку каналов системы для удаления имеющейся наработки.

Подбор масла

В такой ситуации многие задумаются о том, какое масло лить при стучащих гидрокомпенсаторах. Ответ достаточно прост: заливать необходимо смазку нужной вязкости, которая рекомендована к использованию заводом-изготовителем. В настоящее время в летний период популярнее всего использовать на автомобилях полусинтетику, то есть 10W-40. В зимнее время следует лить 5W-40.

После замены масла и фильтра не следует быть уверенным в том, что звука не будет. Как раз наоборот: стук гидрокомпенсаторов «на холодную» также будет слышен из-за того, что в поршнях не осталось смазки после слива. Однако после прогрева двигателя он должен исчезнуть, подтвердив тем самым правильность решения замены.

Промывка
Не всегда применение нового масла поможет убрать стук. Это связано с тем, насколько сильно была запущена неисправность. В таком случае необходимо произвести определение неисправного элемента и демонтировать его для последующей промывки в бензине. Зачастую из-за использования плохого масла происходит постепенное загрязнение компенсатора. Снятые компенсаторы монтируются обратно на место в том порядке, в котором были демонтированы. Стоит отметить, что промывка элементов является довольно сложным процессом, который потребует от автовладельца специальных навыков.

Стук можно устранить следующим способом:

-Провернуть коленчатый вал до открытия клапана, который соответствует неисправному элементу.
-Затем необходимо провернуть клапан под углом, чтобы восстановить правильность установки детали.
-После этого следует запустить мотор и проверить наличие звука.

Такой способ применим в том случае, если на автомобиле стучат гидрокомпенсаторы «на холодную». Если причина не устранена и звук по-прежнему наблюдается, требуется полная замена детали.
При этом стоит помнить, что в силу конструкции современных автомобилей именно отечественного производства, у всех моделей последних поколений при запуске двигателя наблюдается кратковременный стук гидрокомпенсаторов. В этом нет ничего страшного, и устранить такую неисправность не всегда удается даже в результате ремонта в специализированном центре или после полной замены детали.

Установка новой детали

Она производится в том случае, если звук не пропал после нового масла. С промывкой автовладельцы экспериментировать не решаются. Заменить компенсатор можно своими руками, и для всех моделей автомобилей процесс идентичен. Единственное отличие в конкретных моделях — необходимость замены прокладки клапанной крышки в силу конструкции двигателя.

Рассмотрим процесс замены компенсаторов:

-Демонтировать клапанную крышку.
-Извлечь с распределительного вала звездочку.
-Проверить на износ успокоитель и натяжное устройство.
-Снять постель.
-Выкладываем толкатели строго в порядке извлечения.
-Достать компенсаторы и выложить их по порядку.
-Производится очистка системы смазки и посадочных мест гидрокомпенсаторов.
-Новые элементы устанавливаем аккуратно на места, при этом вкручивание следует производить динамометрическим ключом, чтобы контролировать прилагаемую силу.
-Остальные детали устанавливаются в обратном порядке.

Часы тишины: куда жаловаться на шумных соседей, магазины и строителей

Когда нельзя шуметь

Время, когда можно или нельзя шуметь, прописано в законе «О соблюдении покоя граждан и тишины в ночное время в городе Москве» и Кодексе города Москвы об административных правонарушениях. С 07:00 утра до 23:00 уровень шума в квартирах должен ограничиваться 55 децибелами, а в ночные часы — не превышать 45 децибел.

До утра стоит отложить игру на музыкальных инструментах и пение, убавить звук телевизора и прекратить ремонт. Шуметь запрещается не только в квартирах, но и в подъездах, во дворах, около детских садов, домов-интернатов, больниц, на территории санаториев, гостиниц и общежитий. Закон о тишине также нарушают звуки сигнализации автомобиля или громкая музыка в машине, езда со спортивным глушителем, фейерверки и шумные работы на стройках.

Вместе с тем превышение допустимого уровня шума допускается для предотвращения правонарушений или дорожно-транспортных происшествий, при проведении религиозных или культурно-массовых мероприятий, разрешённых городом.

Предельно допустимый уровень шума

Человек чувствует себя максимально комфортно при шуме в 30 децибел — это шёпот или шелест листьев. Обычный разговор людей равен 60 децибелам, а звонок будильника достигает 90 децибел. При звуке в 140 децибел — такой бывает при выстреле или взлёте самолёта — человек уже испытывает болевые ощущения. А звуки свыше 160 децибел могут привести разрыву барабанных перепонок и даже к смерти.

Для разных мест столицы установлен свой допустимый уровень шума. Например, возле жилых домов днём он не должен превышать 70 децибел, а ночью — 60. В палатах больниц и санаториев днём разрешён уровень в 50 децибел, а в ночные часы — только 40.

В учебных заведениях предельно допустимый уровень шума в любое время суток — 55 децибел.

Регулярно отслеживать уровень шума в столице должны специалисты ГПБУ «Мосэкомониторинг». Итоги проверок публикуются на официальном сайте.

Кто шумит и куда жаловаться

Главными источниками шума в городах считаются самолёты, поезда, автомобили и стройки.

Транспорт

Звук взлетающего самолёта может достигать 140 децибел. Поэтому вдоль аэропортов устанавливаются шумозащитные экраны, а маршруты взлёта и посадки воздушных судов не проходят над домами. Однако с введением вертолётных площадок в небе над столицей то и дело можно увидеть (и услышать) вертолёты. Если авиатранспорт мешает, то пожаловаться на него можно в столичное управление Роспотребнадзора по телефону или через общественную приёмную.

При строительстве железных дорог, линий метрополитена и автотрасс сегодня устанавливают шумозащитные экраны, системы шумоподавления, разрабатывают «тихие» рельсы и бесшумные поезда. Если от шума дороги в квартире не спасают даже современные окна, то стоит обратиться в электронную приёмную столичного Департамента природопользования и охраны окружающей среды. Рассмотреть обращение и ответить на него специалисты обязаны в течение 30 дней. Также можно пожаловаться в единую справочную службу Мэрии Москвы по телефону: +7 (495) 777-77-77.

Стройка не повод для шума

Рабочие на стройках могут проводить шумные работы только с 07:00 до 23:00. Если это требование нарушается, можно смело жаловаться в Департамент природопользования.

Вывоз мусора

Жаловаться на шумный вывоза мусора по ночам нужно в Объединение административно-технических инспекций (ОАТИ). Сделать это можно, обратившись в электронную приёмную или отправив письмо по почте.

Ремонт по соседству

С 2015 года в столице действуют новые правила проведения ремонтных работ в жилых домах. Стучать, пилить и жужжать по воскресеньям и государственным праздникам теперь запрещено. По рабочим дням и субботам ремонт можно проводить с 09:00 до 19:00 с перерывом на тихий час с 13:00 до 15:00.

Исключение лишь для новостроек: в течение полутора лет после сдачи дома жители могут делать ремонт в светлое время суток без перерыва.

Кроме того, с 23:00 до 07:00 в квартирах нельзя слушать громкую музыку, петь или играть на музыкальных инструментах. Придётся отказаться от передвижения мебели, танцев и активных игр с животными или детьми, чтобы не мешать соседям снизу.

Если ремонт у ваших соседей или шумные посиделки постоянно затягиваются допоздна, то стоит вызвать участкового или позвонить в полицию. Сотрудники проведут профилактическую беседу с нарушителями и, если потребуется, составят протокол.

Обратиться в полицию можно и в том случае, если источник шума находится в подъезде, во дворе или на расположенной вблизи строительной площадке.

Когда соседи много стучат и явно ломают стены, можно обратиться в Мосжилинспекцию и проверить законность такого ремонта. Для этого нужно лично принести заявление в одно из территориальных подразделений инспекции или направить его по электронной почте. Можно обратиться в онлайн-приёмную или лично встретиться с начальниками окружных представительств.

Если вы сами планируете начать ремонт, советуем встретиться с ближайшими соседями и обсудить время и дни, в которые планируются шумные работы. Предупредить соседей стоит также о предстоящих шумных праздниках. Такой способ позволит избежать их недовольства и найти компромиссное для всех решение.

Вместо соседей — шумные магазины

Ещё один источник шума — магазины шаговой доступности и кафе. Если в проектах современных новостроек нежилые помещения на первых этажах заложены изначально и соответствуют всем нормативам, то в домах старых серий появление магазинов может сопровождаться рядом нарушений, и тогда их работа будет мешать жильцам.

Из квартиры — магазин

Чтобы устроить вместо квартиры на первом этаже торговый павильон, офис или кафе, собственность необходимо перевести в нежилой фонд. Без согласия собственников это можно сделать только при наличии отдельного входа в помещение. Если его нет, то вопрос выносится на собрание жильцов. Именно на этом этапе легче всего вмешаться и предотвратить появление нового источника шума.

Положительное решение принимается, если за проголосовало не менее двух третьих владельцев квартир. При этом результаты собрания должны быть подтверждены документально. Собственнику понадобится также одобренный проект переустройства и (или) перепланировки переводимого помещения, которому он обязан в точности следовать при выполнении ремонта.

Если собрания не проводилось или рабочие явно отклонились от утверждённого плана перепланировки, то стоит обратиться в Мосжилинспекцию или прокуратуру.

Гул и запахи

Если в квартире слышен шум от холодильного оборудования или же заметен стойкий запах готовящихся блюд, то стоит написать жалобу в Роспотребнадзор. Он направит специалистов, которые замерят уровень шума в квартире и проверят исправность вытяжки. Некоторые компании предпочитают компенсировать дискомфорт от шума установкой в квартирах стеклопакетов и предоставлением жителям специальных скидок. Если компромисс найти не удалось, то составляется протокол о нарушениях, который потом направляется в суд.

Можно вызвать и независимые организации по замеру шума, после чего самостоятельно направить обращение в суд. Чем больше жителей присоединятся к жалобе, тем больше шансов, что судья согласится взыскать с нарушителя существенную компенсацию за моральный ущерб.

В Роспотребнадзор нужно обращаться при шуме от всех предприятий, в том числе от ТЭЦ. Сделать это можно по телефону или через электронную приёмную.

Ночная разгрузка

Закон не запрещает магазинам производить разгрузку по ночам, но с 23:00 до 07:00 шуметь при этом запрещено. Разгружать товар нужно с торца дома, где нет окон. Необходимо заглушить двигатели автомобилей, исключить работу шумного оборудования, громкие переговоры между сотрудниками, а также применять другие меры по снижению шума. Например, использовать прорезиненное покрытие пола вместо железного, смазывать скрипящие двери.

Пожаловаться на шум от погрузочно-разгрузочных работ можно в Департамент природопользования и охраны окружающей среды или в Московскую административную дорожную инспекцию (МАДИ). Заявления принимаются как в письменном виде, так и через электронную приёмную. Также можно позвонить в единую справочную службу Мэрии Москвы по телефону: +7 (495) 777-77-77.

Ночные посиделки

Иногда по вечерам около магазинов собираются шумные компании, мешающие жителям громкими разговорами, музыкой и даже драками. Замерить такой шум приборами не удастся, поэтому стоит вызвать участкового или дежурный наряд полиции.

Кроме того, сомнительную торговую точку можно попросить проверить на соблюдение закона о запрете продажи алкоголя в ночное время.

Что грозит нарушителям?

За нарушение тишины и покоя в ночное время — с 23:00 до 07:00 — обычным гражданам грозит предупреждение или наложение административного штрафа от одной до двух тысяч рублей. Для должностных лиц штраф составит от четырёх тысяч до восьми тысяч рублей, а юридические лица в этом случае будут оштрафованы на сумму от 40 тысяч до 80 тысяч рублей.

Ищем поломку в авто по звуку: призываем немного машинного обучения для поиска аномалий в работе двигателя

В школьные годы у меня был одноклассник, который мог послушать, как работает машина во дворе, и с серьезным лицом вынести вердикт: все в порядке, или что-то сломалось, и нужно срочно бежать за новыми деталями/маслом/инструментами! Я, как абсолютный чайник в автомобильном деле, всегда слышал обычное дребезжание очередной двенашки, никаких отличий не замечая и просто молча поражаясь его слуху и скилам.

Сейчас разбираться во внутренностях автомобиля я лучше не стал, зато начал работать с обработкой звуковых сигналов и машинным обучением, и здесь мы с вами постараемся понять, а возможно ли научить компьютер улавливать в звуке работы двигателя отклонения от нормы?

Как минимум, это просто интересно проверить, а в перспективе такая технология могла бы сэкономить кучу денег автовладельцам. По крайней мере в моем представлении, под капотом критичные поломки происходят постепенно, и на ранних стадиях, многие из них можно услышать, быстро и дешево исправить, сэкономив время, деньги и без того шаткие нервы.

Ну что, пожалуй, пора перейти от слов к делу. Поехали!

Сразу хочу сказать, что во всем, что касается математики и алгоритмов, я буду делать больший упор на смысл и понимание, формул и математических выкладок здесь не будет. Никаких новых алгоритмов я здесь не разработал, за формулами, при желании, лучше обратиться к гуглу и википедии, а также воспользоваться ссылками, которые я буду оставлять на протяжении всей статьи.

Все объяснения я буду приводить на примере звука двигателя с поломкой, взятого из этого ролика на YouTube.

Скачанный с ютуба файл (можно скачать с помощью браузерных расширений или просто изменив в ссылке youtube на ssyoutube) конвертируем в wav формат с помощью ffmpeg:

Прежде чем начать обработку этого файла, скажу пару слов о том, что такое спектрограмма, и как она пригодится нам при решении этой задачи. Многие из вас, наверняка, видели подобную картинку — это амплитудно-временное представление звука или осциллограмма.

Если простым языком, то звук — это волна, и на осциллограмме наблюдаются значения амплитуды этой волны в заданные моменты времени.

Чтобы получить из такого представления спектрограмму, нам потребуется преобразование Фурье. С его помощью можно получить амплитудно-частотное представление звука или амплитудный спектр. Такой спектр показывает, на какой частоте и с какой амплитудой выражен исследуемый сигнал.

По сути, спектрограмма — это набор спектров коротких последовательных кусочков сигнала. Пожалуй, такого «определения» нам будет достаточно, чтобы не отвлекаться сильно от задачи. Все станет понятнее, если посмотреть на визуализацию спектрограммы (картинка получена с помощью WaveAssistant). По оси X здесь отложено время, по оси Y — частота, то есть каждый столбец в этой матрице — это модуль спектра в заданный момент времени.

На этой спектрограмме видно, что звук двигателя при отсутствии постукивания «выглядит» примерно одинаково, и выражен на частотах в окрестности 600, 1200, 2400 и 4800 Гц. Звук стука, который беспокоит владельца, очень хорошо различим в диапазоне частот 600-1200 Гц с 5 по 8 секунду. Поскольку запись сделана в довольно шумных условиях на улице, на спектрограмме эти шумы также присутствуют, что несколько усложняет нашу задачу.

Тем не менее, глядя на такую спектрограмму, мы с уверенностью можем сказать, где стук был, а где его не было. У компьютера же глаз нет, поэтому нам нужно подобрать алгоритм, который будет способен различить подобное отклонение (а желательно и не только его) при условии наличия шумов в записи.

Рассчитать спектрограммы можно с помощью библиотеки librosa следующим образом:

Решение

Строго говоря, нам нужно решить задачу бинарной классификации, где нужно определить, сломан двигатель или работает в штатном режиме. Подобные задачи мы с коллегой уже описывали в своей предыдущей статье, там мы использовали сверточную нейронную сеть для классификации акустических событий. Здесь же такое решение вряд ли представляется возможным: нейронки очень любят, когда им даешь большие датасеты. Мы же имеем дело с одной вавкой длительностью чуть больше минуты, что большим датасетом явно не назовешь.

Выбор был остановлен на Gaussian Mixture Model (модель Гауссовых смесей). Хорошую статью, подробно описывающую принцип работы и обучения этой модели можно найти здесь Общая идея же этой модели заключается в том, чтобы описать данные с помощью сложного распределения в виде линейной комбинации нескольких многомерных нормальных распределений (подробнее о многомерном нормальном распределении здесь).

Так как двигатель в процессе своей работы звучит примерно «одинаково», звук его работы можно считать стационарным, и идея описания этого звука с помощью такого распределения выглядит вполне осмысленной. Чтобы понять суть GMM я очень рекомендую посмотреть пример обучения и выбора количества гауссоид здесь.

Наш случай отличается от представленных выше примеров тем, что вместо точек на двумерной плоскости будут использоваться значения спектра, взятые из спектрограммы сигнала. Подбирать параметры распределения, такие как тип ковариационной матрицы можно с помощью BIC критерия (пример, описание), однако в моем случае оптимальные с точки зрения этого критерия параметры показали себя хуже, чем те, что приведены в коде ниже:

Предполагая, что звук нормальной работы описывается распределением, параметры которого подобрались в процессе обучения, можно замерять, насколько любой звук «близок» к этому распределению.

Чтобы это сделать, можно вычислить среднее правдоподобие столбцов спектрограммы исследуемого сигнала, а затем подобрать порог, который будет отделять правдоподобие звуков хорошей работы от всех остальных. Построить правдоподобие для каждой секунды можно следующим образом:

Если отобразить полученные правдоподобия на графике, то получим следующую картинку.
В верхней части изображена спектрограмма сигнала, отображенная с помощью библиотеки matplotlib. Изменения, вызванные стуком, на ней заметны не так сильно, как на примере выше (именно поэтому здесь вы увидели 2 изображения). Тем не менее, если приглядеться, их все равно можно разглядеть. Вертикальными линиями помечены времена начала и конца стуков.

Выводы

Как видно из графика, в моменты звучания стука правдоподобие действительно становилось ниже порога, а значит, мы бы смогли разделить два этих класса (работа со стуком и без него). Но нужно сказать, что это значение находится достаточно близко к пороговому и в участках, где стук не слышен. Это происходит потому, что в записи часто встречаются посторонние шумы, которые также влияют на величину правдоподобия.

Добавим сюда обучения на буквально нескольких секундах звука, плохие условия записи, и уже можно вообще удивляться тому, что эксперимент хоть как-то удался!

Скорее всего, чтобы этот способ применить на практике и быть уверенным в его надежности, звука придется записать куда больше, а также хорошо разместить микрофон, чтобы свести попадание шумов на записи к минимуму.

Эта статья — лишь попытка решить подобную задачу, не претендующая на абсолютную правильность, если у вас есть идеи и предложения, а может быть вопросы, давайте обсудим их вместе в комментах или лично.