Диссертация (Прогнозирование и снижение шума на местности легких винтовых самолетов), страница 10

Источниками гармоническогоизлучения являются: воздушный винт, камера сгорания ДВС и система выхлопа двигателя.Вероятными источниками, определяющими широкополосное излучение в области высокихчастот (свыше 1000 Гц), являются турбулентный след за лопастями винта, а также обтеканиевоздухозаборника радиатора двигателя индуктивным потоком от винта.Характеристики направленности акустического излучения СУКак показал анализ экспериментальных данных, изменение режимов работы врассматриваемом диапазоне частот вращения воздушного винта не приводит к существенному50изменениюдиаграммынаправленностисуммарногоизлученияиотдельныхегосоставляющих. Поэтому характеристики направленности излучения СУ самолета МАИ-223Мрассмотрим на примере одного режима работы.На рисунке 2.19 представлены характеристики направленности суммарного излученияв диапазоне частот 16-10000 Гц, суммарного низкочастотного излучения (16-250Гц),излучения на частотах первой, второй и третьей гармоник шума вращения винта, а такжесуммарного излучения на первых четырех гармониках, кратных частоте следования вспышекв цилиндрах, и высокочастотного широкополосного излучения (1000–5000 Гц) при работе СУв статических условиях на режиме 5 (таблица 2.5).95суммарное излучение (16-10000 Гц)90суммарное излучение (16-250 Гц)L, дБ8580первая гармоника шума винта75вторая гармоника шума винта70третья гармоника шума винта65сумма 1-4 гармоники шумацилиндра60015 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165угол излучения, градсуммарное широкополосноеизлучение (1000-5000 Гц)Рисунок 2.19 – Характеристики направленности суммарного излучения и отдельных егосоставляющих для режима 5Максимумы суммарного излучения в области частот 16-10000 Гц, суммарногоизлучения в области низких частот (16-250 Гц) и излучения на частоте первой гармоникишума вращения винта расположены в передней полусфере в направлении 0° и в заднейполусфере в направлении 105°.

Также можно видеть (рисунок 2.19), что излучение областинизких частот (16-250 Гц) определяет диаграмму направленности суммарного излучения (1610000 Гц) от СУ во всем рассматриваемом диапазоне углов. Максимумы характеристикинаправленности суммы первых четырех гармоник на частотах, кратных частоте следованиявспышек в цилиндрах соответствуют азимутальным углам 0° – в передней полусфере и 120 135° – в задней полусфере.В целом можно отметить, что представленные на рисунке 2.19 характеристикинаправленности суммарного излучения, а также гармонических составляющих шума винтасоответствуют источникам шума дипольного типа.51Полученные характеристики направленности суммарного акустического излучения (1610000 Гц) от СУ, а также его отдельных составляющих не противоречат исследованиямдругих винтомоторных СУ, выполненным в рамках диссертации [44,91], а также результатамчисленных и экспериментальных исследований других авторов [68,69,98-100].2.2.Экспериментальное исследование акустических характеристик малоразмерногоБПЛА с винтокольцевым движителем в толкающей компоновкеОбъект исследования и методика проведения трубных акустических испытанийВ данном разделе изложены основные результаты трубных акустических испытаниймалоразмерного БПЛА [94].

Общий вид и схема расположения которого в рабочей частиаэродинамической трубы (АДТ) ЦАГИ Т-104 представлена на рисунке 2.20.В помещении рабочей части АДТ реализовывалось реверберационное акустическоеполе, однако уровень реверберационных помех в местах расположения приемников звуковогодавления был ниже уровней гармонических составляющих шума испытываемой силовойустановки на величину не менее 10 дБ. Это позволяло уверенно выделять полезный сигнал нафоне помех и практически исключить влияние реверберации на измеряемые уровнигармонических составляющих в спектре шума СУ [103].Винтомоторная силовая установка БПЛА расположена в хвостовой части ЛА. Силоваяустановка состоит из двухтактного поршневого двигателя воздушного охлаждения «П-032М»и винто-кольцевого движителя (ВКД), включающего профилированное кольцо и толкающийвинт фиксированного шага «АВ-23М4» диаметром Dв=0,606м.

На двигателе установленредуктор, коэффициент редукции которого равен ≈ 2,102.Система выхлопа двигателя организована таким образом, что выхлопные газывыбрасываются через два патрубка, расположенных вблизи комлевых сечений лопастей винта,и проходят через плоскость вращения винта.Акустические испытания проведены для трех режимов работы силовой установкиБПЛА: малый газ (МГ), крейсерский режим (КР), режим полного газа (ПГ). На каждомрежиме работы двигателя изменялась скорость потока в рабочей части аэродинамическойтрубы в диапазоне значений от 15м/с до 50м/с с шагом 5м/с.52Рисунок 2.20 – Схема размещения БПЛА в рабочей части АДТ Т-104Объем акустических измерений соответствовал 120 режимам совместной работысиловой установки и аэродинамической трубы. При этом измерялось звуковое давление в 5-титочках акустического поля.

Схема расположения точек измерения шума показана на рисунке2.21.Измерительные точки расположены в горизонтальной плоскости, проходящей черезпродольную ось малоразмерного БПЛА, на линии параллельной оси АДТ.Для регистрации акустических измерений и последующей обработки данныхиспользовалась измерительная система "PORTABLE‖. Основные параметры регистрациисигнала на цифровом магнитофоне: частота квантования сигнала – 51200 Гц, протяженностьзаписи на одном режиме – 14,88 с., регистрация полезного сигнала осуществляласьпараллельно с 5-ти измерительных каналов. Обработка измеренного звукового давлениявключала в себя получение узкополосных спектров с шириной полосы 2 Гц в диапазоне частот0-128000 Гц, третьоктавных спектров звукового давления в диапазоне частот 16-10000 Гц.Рисунок 2.21 - Схема расположения точек измерения шума БПЛА в рабочей части АДТ53Энергетические и интегральные характеристики акустического излучения СУНа рисунке 2.22 представлена зависимость суммарного уровня звукового давления (L∑)при различных режимах работы двигателя при отсутствии потока в АДТ в зависимости отчастоты вращения коленвала двигателя.

Из рисунка 2.22 видно, что с увеличением режимаработы СУ, суммарный уровень звукового давления увеличивается.115,00L∑, дБ113,00111,00109,00107,00105,0050005500600065007000частота вращения коленвала, об/минРисунок 2.22 – Зависимость суммарного уровня звукового давления от частоты вращенияколенвала двигателя при отсутствии потока (VАДТ=0 м/с)Представленные на рисунке 2.22 данные соответствуют следующей зависимостиинтенсивности акустического излучения СУ от частоты вращения коленвала двигателя:(2.3)На рисунке 2.23 показана экспериментальная зависимость акустического КПД СУБПЛА от частоты вращения коленвала. Можно видеть, что максимальное значениеакустического КПД соответствует максимальной частоте вращения коленвала двигателя исоставляет ≈1,1%.

С уменьшением режима работы акустический КПД уменьшаетсяАкустический КПД, %практически по линейному закону и составляет ≈0,44% на минимальном режиме работы.1,210,80,60,40,20500060007000частота вращения коленвала, об/минРисунок 2.23 – Зависимость акустического КПД от частоты вращения коленвала двигателяпри отсутствии потока (VАДТ=0 м/с)54Полученное значение акустического КПД на режиме максимальной мощности СУ(1,1%) значительно превышает аналогичный показатель для легких винтовых самолетов «Як18Т» (0,15%) [44] и «Вильга-35А» (0,123%) [91] и др., в состав СУ которых входятчетырехтактные поршневые двигатели. Возможно, что столь высокое значение акустическогоКПД связано с высоким уровнем звуковых вибраций, а также с высокой тепловой имеханической напряженностью деталей двухтактного двигателя.Параметром, определяющим комплексную напряженность (тепловую и механическую)деталей двигателя, является поршневая мощность Nп (кВт/дм2), которая представляет собойэффективную мощность, приходящуюся на единицу площади всех поршней.

Этот параметртесно связан с литровой мощностью Nп=NлS, где S-ход поршня. Поэтому в двухтактныхдвигателях тепловая и механическая напряженность деталей значительно выше, чем вчетырехтактных ДВС, и ожидаемый уровень шума двухтактного двигателя будет выше, чемчетырехтактного.Полученная зависимость интенсивности акустического излучения от частоты вращенияколенвала (2.3) полностью соответствует зависимости полученной в работе [36] длядвухтактных карбюраторных двигателейи свидетельствует о том, что доминирующимисточником шума СУ БПЛА является двухтактный поршневой двигатель.Результаты оценки суммарных уровней гармонических составляющих шума винта идвигателя, и суммарного уровня шума силовой установки (LΣТО)в целом, полученные поузкополосным и третьоктавным спектрам для диапазона частот 50-1000 Гц, представлены втаблице 2.6.Таблица 2.6 – Суммарные уровни гармонических составляющих акустического излучениявинта и двигателя в диапазоне частот 50-1000 Гц№МГ,КР1,КР2,ПГ1,ПГ2,МГ,КР,ПГ,п/пV=0V=0V=0V=0V=0V=50V=50V=501LΣ, ТО, дБ110112,6112,2114,5113,1112,3113.6113,62LΣ,Г, дБ109,2110,6110,1113,0111,7110,7112,9112,2LΣ,Г-дв, дБ3103,7105,2105,4110,2108,8104,7109,8109,9(нечетн.