Диссертация (Прогнозирование и снижение шума на местности легких винтовых самолетов), страница 3

Все10измерения и регистрация акустических данных проводились с использованием аттестованнойэлектроакустической аппаратуры, использующей аналоговые и цифровые методы.Спектральный анализ результатов измерений выполнялся в третьоктавных полосахчастот в диапазоне центральных частот 10-20000 Гц и узкополосных с шириной полосы 1,56 Гцв диапазоне частот 0,1-10000 Гц.Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается тем, чтополученные в результате исследования данные не противоречат опубликованным работамдругих авторов.

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, 1-3 октября2013 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 в журналах,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.11•Методы снижения шума ЛВС на местности: капотирование двигателя, компоновка винтана самолете.•Результаты исследования в области аудио заметности ЛА: энергетические испектральные характеристики природного фона и структура критерия аудио заметности ЛА.Личный вклад автораАвторпринималнепосредственноеучастиеввыполненииэкспериментальныхисследований 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; метод оценкикоординат на местности границ области аудио заметности БПЛА с винтомоторной силовойустановкой и методы снижения шума ЛВС на местности.Структура и объем работыДиссертация изложена на 143 листах и включает в себя 95 рисунков, 23 таблицы. Работасостоит из введения, четырех разделов, заключения и списка литературы из 120 наименований.121. Источники шума на местности легких винтовых самолетов ибеспилотных ЛА с винтовыми движителями1.1.Классификация источников шума на местности ЛВС и БПЛА.

Акустическийбаланс винтомоторных СУПри решении проблем акустической заметности БПЛА с винтовыми движителями иэкологических проблем ЛВС необходимо в первую очередь иметь представление об источникахшума и их роли в суммарном излучении. Поэтому представляет интерес рассмотретьклассификацию источников шума на местности ЛВС и БПЛА [44,45].Основным источником шума ЛВС на местности является силовая установка, в составкоторой входят двигатель (поршневой, турбовинтовой) и винтовой движитель (одиночныйвоздушный винт, винт в кольце) в толкающей или тянущей компоновках (рисунок 1.1).

Также вклассификации источников шума ЛВС на местности можно отдельно выделить шум агрегатовсиловой установки и шум обтекания элементов планера самолета. Рассмотрим более подробноклассификацию источников шума СУ ЛВС и БПЛА с винтомоторными силовыми установками,включающими один или два поршневых двигателя и одиночные воздушные винты различнойконструкции и компоновки.Шум легкого винтового самолета на местностиШум силовой установкиШум винтового движителяШум планераШум двигателяШум агрегатов СУРисунок 1.1 - Классификация источников шума легкого винтового самолета на местностиВоздушный винтАкустическое излучение воздушного винта является сложным по своей структуре, апричины, вызывающие генерацию акустического излучения, весьма разнообразны. Помимотого, что лопасти винта оказывают периодическое силовое воздействие на окружающую средуи это приводит к излучению гармонической составляющей шума вращения, с лопастей винта по13всей их длине происходит срыв потока, в результате чего за лопастями образуется сплошнаявихревая пелена, которая служит источником широкополосного (вихревого) шума.

Кроме того,лопасти винта при его вращении могут периодически проходить вблизи каких-либо элементовконструкции самолета или же попадать в турбулентный след за этими элементами. При этомгенерируется излучение в виде периодической последовательности импульсов давления,которой соответствует гармонический спектр.Гармоническую составляющую шума называют обычно шумом вращения [3-8] (рис.

2).Частоты отдельных гармоник шума вращения винта кратны произведению частоты вращениявинта (n, об/с) на число лопастей (z): fm=mnz, где fm - частота m-й гармоники. Шум вращения, всвою очередь, можно разделить на две составляющие. Одна из них обусловлена воздействиемна среду стационарных и нестационарных относительно лопастей аэродинамических нагрузок.Стационарные аэродинамические нагрузки обусловлены постоянным перепадом статическогодавления на поверхности лопасти, в результате чего возникают сила тяги и сила сопротивлениявращению винта. Нестационарные силы возникают при взаимодействии лопастей винта снеоднородным потоком на входе.

Составляющие шума винта от аэродинамической нагрузкиэквивалентны акустическому диполю. Причем нестационарные нагрузки на лопасти служатисточником как гармонического, так и широкополосного шума. В зарубежной литературе шумот стационарных и нестационарных аэродинамических сил называют также шумом отустановившейся (steady load noise) и неустановившейся нагрузки (unsteady load noise).Вторая составляющая шума вращения связана с конечной толщиной лопасти. Лопастьпри вращении вытесняет из окружающей среды объем, равный объему лопасти, который затемвновь заполняется средой.

Происходит периодическое вытеснение объема среды в любойфиксированной точке пространства, находящейся в области диска винта. Таким образом,элементарные объемы в каждой точке пространства в области диска винта пульсируют с той жечастотой, что и частота шума вращения при воздействии на среду установившихсяаэродинамических нагрузок на лопасти. Эту составляющую шума вращения называют обычнообъемным шумом или шумом вытеснения (рисунок 1.2). Шум вытеснения эквивалентенпростому акустическому источнику - монополю. Интенсивность шума вытеснения зависит оттолщины лопасти, числа лопастей и от относительной скорости потока, обтекающего лопасть.14Шум воздушного винтаШум вращенияШум от аэродинамическойнагрузкиШирокополосный (вихревой) шумШум вытесненияШум задней кромкиШум от неустановившейсяаэродинамической нагрузкиРисунок 1.2 – Классификация источников шума воздушного винтаШирокополосный (вихревой) шум (рисунок 1.2), образующийся в результате пульсацийаэродинамического давления на поверхности лопасти и турбулентных пульсаций скоростинабегающего на диск винта потока и потока в вихревой пелене за лопастями винта, имеетсплошной спектр, поскольку пульсации давления и скорости носят случайный характер, а ихраспределение по частоте является непрерывным.

При работе винта с каждой лопасти сходитсплошная и непрерывная по радиусу вихревая пелена. Эту составляющую широкополосногошума в зарубежной литературе обычно называют шумом задней кромки (trailing edge noise).Широкополосный шум воздушного винта эквивалентен акустическому диполю.Если доминирующим источником широкополосного шума является вихревая пелена залопастями винта (шум задней кромки), тогда ожидаемая частота шума наибольшейинтенсивности ( ) будет определяться соотношением:,где– число Струхаля, равное 0,2;– характерная скорость обтекания профиля лопасти;– эффективная толщина профиля лопасти (b – хорда лопасти,лопасти,– толщина- угол атаки).Соотношения между уровнями гармонических составляющих и широкополосного шумазависят от геометрических и аэродинамических характеристик винта, режима его работы, отстепени неоднородности потока перед винтом [46].Авиационный поршневой двигательВо время работы авиационный поршневой двигатель генерирует шум, который с учетоммеханизмов образования и распространения разделяют на аэродинамический и структурный[47] (рисунок 1.3).15Шум двигателя обусловлен рядом факторов, важнейшими из которых являются: аэродинамические процессы, сопровождающие сгорание топливо-воздушной смеси вцилиндрах и взаимодействие воздушного и газового потоков в системах впуска и выхлопадвигателя, процессы механического взаимодействия между собой движущихся элементов конструкции.Этот шум распространяется в окружающую среду через системы впуска и выхлопа(газообмена) и через корпус двигателя.