Автореферат (Прогнозирование и снижение шума на местности легких винтовых самолетов), страница 2

В процессе расчетных исследований применялись верифицированныепрограммныекомплексы.Экспериментальныеисследованияпроводилисьпостандартизированным методикам с помощью аттестованной электроакустической аппаратуры.Апробация работы и публикацииОсновные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научныхконференциях:-Третья открытая всероссийская конференция по аэроакустике, г. Звенигород, 1-3октября 2013 года,-12-я Международная конференция «Авиация и космонавтика - 2013», г. Москва, 12-15ноября 2013 года,-XXV Научно-техническая конференция по аэродинамике, п.

Володарского, 27-28февраля 2014 года,-Московская молодежная научно-практическая конференция «Инновации в авиации икосмонавтике - 2014», г. Москва, 22-24 апреля 2014 года,-X Международная научная конференция по гидроавиации «Гидроавиасалон-2014», г.Геленджик, 5-6 сентября 2014 года,-XXVI Научно-техническая конференция по аэродинамике, п. Володарского, 26-27февраля 2015 года.-Четвертая открытая всероссийская конференция по аэроакустике, г. Звенигород, 29сентября - 1 октября 2015 года,По результатам выполненных исследований опубликовано 9 научных статей вжурналах, включенных в перечень ВАК.На защиту выносятся•Основные результаты акустических испытаний винтомоторных СУ. Пространственные,спектральные и энергетические характеристики акустического поля винтомоторных СУ.

Рольразличных источников в суммарном шуме.•Результаты исследования автомодельности механизмов генерации широкополосного(вихревого) шума воздушного винта.8•Методы снижения шума ЛВС на местности: капотирование двигателя, компоновкавинта на самолете.•Результаты исследования в области аудио заметности ЛА: энергетические испектральные характеристики природного фона и структура критерия аудио заметности ЛА.Личный вклад автораАвтор принимал непосредственное участие в выполнении экспериментальныхисследований акустических характеристик винтомоторных СУ ЛВС и БПЛА, а также приразработке методики сбора и формирования базы данных о спектральных и интегральныххарактеристиках природного акустического фона в приземном слое атмосферы.

Имобработаны, проанализированы и обобщены данные экспериментов.ЭкспериментальноустановленкритерийоценкиаудиозаметностиБПЛАсвинтомоторной силовой установкой.Разработаны: метод прогнозирования ожидаемых уровней шума ЛВС на местности,учитывающий все основные источники шума винтомоторной силовой установки; методоценки координат на местности границ области аудио заметности БПЛА с винтомоторнойсиловой установкой и методы снижения шума ЛВС на местности.Структура и объем работыДиссертация изложена на 143 листах и включает в себя 95 рисунков, 23 таблицы.Работа состоит из введения, четырех разделов, заключения и списка литературы из 120наименований.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность диссертационной работы.

Поставлены цели изадачи диссертационного исследования. Показана теоретическая и практическая значимостьработы. Представлены основные положения диссертации, выносимые на защиту, а такжепоказан личный вклад автора в работе над диссертацией.В разделе 1 представлена классификация источников шума ЛВС на местности, данкраткий обзор механизмов генерации шума воздушным винтом и поршневым двигателем.ПредложеносоотношениеакустическогобалансавинтомоторнойСУвцелом.Проанализированы существующие методы расчета шума воздушного винта и поршневогодвигателя. На основании доступных публикаций показано влияние различных параметров нашум винтомоторной СУ.На сегодняшний день в литературе практически не представлено информации поосновным вопросам, связанным с проблемой шума ЛВС и БПЛА на местности.

Эти вопросыи определили перечень основных задач настоящей работы, решение которых требует9выполнения экспериментальных исследований акустических характеристик винтомоторныхсиловых установок, характеристик природного акустического фона и критериев аудиозаметности БПЛА.Конечной целью исследований является построение физических моделей процессовобразования и снижения шума и на основании этих данных разработка надежных методикрасчета и проектирования малошумной авиационной техники.В тоже время при проведении модельных испытаний возникает вопрос о возможностипереноса результатов на натурные объекты.

В частности, для сохранения подобияаэроакустических полей воздушных винтов необходимо обеспечить: геометрическое подобиевинтов, подобие распределения аэродинамической нагрузки на поверхности лопасти, а такжесохранение неизменными соответствующих критериев подобия - чисел Струхаля (St), Маха(M), Рейнольдса (Re) и др.При соблюдении этих условий моделирования акустические поля модели и натурыбудут подобны. Выполнение этой задачи является практически невозможным. В случае, еслинапример, при испытании моделей винтов не обеспечить режим автомодельности (следуетожидатьизменениеотносительныхаэродинамическиххарактеристик)винта(коэффициента тяги, КПД) и как следствие - акустических характеристик винта.Для корректной оценки шума самолета на местности необходимы данные о реальныхакустическиххарактеристикахвоздушноговинтасучетомегоаэродинамическойинтерференции с элементами планера в условиях конкретной компоновки, и данные о шумеот поршневого двигателя.

Последнее обстоятельство затрудняет возможности использованиярезультатов акустических испытаний винтов с приводом от винтового прибора в заглушенныхкамерах или в аэродинамических трубах для корректной оценки шума ЛВС на местности.Известные публикации по акустическим характеристикам зарубежных натурных ЛВС(Scheibe, Pioneer, Eipper, Icarus, Robin различных серий и др.) как правило, ограничиваютсярассмотрением общих данных по шуму самолетов и не содержат в необходимом объемеспектральных и пространственных характеристик акустического поля СУ самолетов, которыенеобходимы для решения задач настоящей работы.Поэтому в рамках диссертации было выполнено исследование акустическиххарактеристик следующих натурных легких винтовых самолетов: Як-18Т, Вильга-35А, Ан-2,МАИ-890, МАИ-890У, МАИ-223М, F30 как в полетных, так и в статических условиях.Основная часть этих исследований была выполнена на аэродроме Московского авиационногоинститута (д.

Алферьево, Волоколамский р-н, Московской обл.). Были проведены трубныеакустические испытания малоразмерного БПЛА с винтокольцевым движителем в толкающейкомпоновке.10В разделе 2 представлены основные результаты экспериментальных исследованийакустических характеристик винтомоторных СУ ЛВС и БПЛА, выполненных в статическихусловиях.Спектр излучения винтомоторной СУ(рисунок 1) содержит: гармоническиесоставляющие шума, к которым относятся гармоники шумавинта на частотах, кратныхчастоте следования лопастей (f1в, f2в, f3в, f4в, f5в, f6в) и гармоники шума двигателя на частотах,кратных частоте следования вспышек в цилиндрах (f1ц, f2ц, f3ц, f1д), и широкополосныесоставляющие излучения, источниками которых являются воздушный винт (шум заднейкромки, шум от неустановившейся нагрузки) и двигатель (вихревая составляющая шумавпуска и выхлопа, структурный шум).

Частоты дискретных составляющих в шуме поршневогодвигателя равны:гармоники шума одиночного цилиндра -гармоники шума двигателя (всех цилиндров) – fд = k fц i;;где k – номер гармоники, nкв – частота вращения коленвала двигателя (об/мин), i – числоцилиндров в двигателе, - тактность двигателя.Рисунок 1 – Узкополосный спектр уровней звукового давления в диапазоне частот 10-10000Гцс шириной полосы 1,56 Гц при работе СУ самолета «МАИ-223М» в статических условиях(nкв=4860 об/мин, φ=105°-задняя полусфера, на расстоянии 30 м.)Установлена зависимость обобщенных акустических характеристик СУ ЛВС отконструктивных особенностей ДВС и особенностей организации рабочего цикла в двигателе,а также от режима работы СУ.В частности, при испытаниях СУ самолетов «Ан-2», «МАИ-223М» определено, чтоосновная доля энергии (до 75%) акустического излучения СУ легкого винтового самолета при11умеренных величинах числа Маха окружной скорости Мокр<0,72 сосредоточена в областинизких частот (16-100 Гц) и важную роль здесь играют гармонические и низкочастотнаяширокополосная составляющие излучения винта и поршневого двигателя (рисунок 2).

Привысоких числах Маха окружной скорости Мокр≈0,8 до ~94% акустической энергии СУизлучается винтом, в основном, на гармониках, кратных частоте следования лопастейвоздушного винта.LW, дБ150Суммарный уровень звуковоймощности140Уровень звуковой мощности 1-йгармоники шума вращения винта130Суммарный уровень звуковоймощности в диапазоне частот 16100 ГцУровень звуковой мощности 7-йгармоники шума цилиндра1201100,40,50,6Мокр0,70,80,9Сумма 10-ти гармоник начастотах, кратных частотеследования вспышек вцилиндрахРисунок 2 – Влияние режима работы СУ самолета «Ан-2» на суммарный уровень звуковоймощности (16-10000 Гц), а также на уровни звуковой мощности отдельных составляющихизлученияПолучено, что акустический КПД СУ (η) самолета зависит от числа лопастей винтовогодвижителя и от наличия в выхлопном тракте двигателя системы шумоглушения.