Диссертация (Прогнозирование и снижение шума на местности легких винтовых самолетов), страница 9

Некоторое понижение суммарных уровнейгармонических составляющих шума на частотах, кратных частоте следования вспышек вцилиндрах, в направлении 90° возможно связано с тем, что двигатель «АШ-62ИР» заключен вкапот.100L(Σ1−10ц)Режим 1Режим 290Режим 3Режим 4Режим 5Режим 680015 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165φ, градРисунок 2.14 – Характеристики направленности суммарного гармонического излучения напервых 10-ти частотах, кратных частоте следования вспышек в цилиндре двигателяПолученныевэкспериментехарактеристикинаправленностисуммарногоакустического излучения и отдельных спектральных составляющих излучения силовойустановки самолета Ан-2, соответствуют данным, полученным для СУ ЛВС «Як-18Т» [44] и45«Вильга-35А» [91] и не противоречат результатам численных и экспериментальныхисследований других авторов [68,69,98-100].2.1.Экспериментальное исследование акустических характеристик СУ сверхлегкогосамолета «МАИ-223М»Объект исследованияВ разделе представлены основные результаты акустических испытаний сверхлегкогодвухместного самолета нового поколения «МАИ-223М» в статических условиях [93].

Общийвид самолета представлен на рисунке 2.15. Стояночный угол самолета составляет 3°.Расстояние от конца лопасти воздушного винта до земли на стоянке составляет 0,324 м.Максимальная взлетная масса самолета составляет 640 кг [101].Силовая установка состоит из четырехцилиндрового четырехтактного поршневогодвигателя с оппозитным расположением цилиндров типа ROTAX-912ULS, заключенного вкапот, и тянущего трехлопастного воздушного винта фиксированного шага «КиевПРОП»модели «283» диаметром 1,8 м. Двигатель имеет жидкостное охлаждение головок цилиндров ивоздушное охлаждение стенок цилиндров.

На двигателе установлен редуктор, передаточноечисло которого равно 0,4115 [102].Выхлопная система двигателя ROTAX-912ULS организована таким образом, чтоотработанные газы из четырех цилиндров, через четыре выхлопных патрубка, объединенных водин коллектор, проходят через глушитель шума выхлопа, что, как показали испытания,существенным образом снижает уровень высокочастотной составляющей шума выхлопадвигателя внутреннего сгорания.Рисунок 2.15 – Общий вид самолета «МАИ-223М»46Акустические испытания проведены для шести различных режимов работы силовойустановки, определяемых частотой вращения коленвала двигателя.

Данные о режимах работыдвигателя представлены в таблице 2.4.Методика проведения акустических испытаний, а также методика обработкиизмеренного звукового сигнала аналогичны представленным в разделе 2.1.1.Таблица 2.4 – Режимы работы двигателя во время испытаний№ режимачастота вращения коленвала, об/мин140002420034400446005480065000Энергетические характеристики акустического излучения СУНа основании измеренных в 13-ти точках акустического поля третьоктавных иузкополосных спектров уровней звукового давления проведен анализ энергетическихсоставляющих акустического поля силовой установки самолета, согласно методике,представленной в разделе 2.1.3.На рисунке 2.16 представлены зависимости суммарного уровня звуковой мощности вдиапазоне частот 16-10000 Гц, уровня звуковой мощности на частоте первой гармоники шумавращения винта, а также суммарного уровня звуковой мощности в диапазоне частот 16-250 Гцот режима работы СУ, определяемого частотой вращения воздушного винта.130Суммарный уровень звуковоймощности в диапазоне частот(16-10000 Гц)LW, дБ125Уровень звуковой мощности 1й гармоники шума винта120115110160017001800190020002100Суммарный уровень звуковоймощности в диапазоне частот(16-250 Гц)частота вращения винта, об/минРисунок 2.16 – Влияние режима работы СУ на суммарный уровень звуковой мощности, науровень звуковой мощности первой гармоники шума вращения винта, и на суммарныйуровень звуковой мощности в диапазоне частот 16-250 Гц47Можно видеть (рисунок 2.16), что излучение в области низких частот (16-250 Гц)практически определяет акустическое поле силовой установки на всех режимах работы.

Втоже время уровень звуковой мощности на частоте первой гармоники шума вращения винтасущественно ниже суммарных уровней звуковой мощности в диапазонах частот 16-10000 Гци 16-250 Гц при пониженных режимах работы СУ (режимы 1 и 2, таблица 2.4). Поэтомуможно констатировать, что излучение на частоте первой гармоники шума вращения неявляется определяющим в спектре шума СУ при пониженных режимах работы.

Существеннаяразница в суммарном уровне звуковой мощности в диапазоне частот 16-250 Гц и уровнемпервой гармоники шума вращения винта, по-видимому, обусловлена наличием в спектреизлучения низкочастотной составляющей, которая связана с работой двигателя.Рассмотрим теперь вклад различных составляющих излучения в суммарную звуковуюмощность СУ самолета «МАИ-223» (таблица 2.5).Таблица 2.5 – Вклад различных составляющих акустического излучения СУ самолета впроцентном соотношении в суммарную звуковую мощность в диапазоне частот (16-10000 Гц)для различных режимов работы№режимавкладвкладW1в, %вкладW2в, %вкладW3в, %вкладW∑1-3в, %вкладW∑1-4ц, %вкладWширок (1000-5000 Гц), %20,87,72,831,3292,31W(16-250 Гц),%86,3282,831,17,44,442,9182,7390,844,65,40,950,96,61,8481,33710,81,749,572,5576,741,712,84,959,442674,537,88,82,749,331,6Где W(16-250 Гц) - суммарная звуковая мощность в диапазоне частот 16-250Гц, W1в – звуковаямощность акустического излучения на частоте 1-й гармоники шума вращения винта, W2в –звуковая мощность акустического излучения на частоте 2-й гармоники шума вращения винта,W3в – звуковая мощность акустического излучения на частоте 3-й гармоники шума вращениявинта, W∑1-3в – суммарная звуковая мощность первых трех гармоник шума вращения винта,W∑1-4ц – суммарная звуковая мощность первых четырех гармоник на частотах, кратныхчастоте следования вспышек в цилиндрах, Wширок (1000-5000 Гц) – звуковая мощность суммарногоширокополосного излучения в области частот 1000-5000 Гц.48Для режимов 1-3 в диапазон частот в третьоктавных полосах 16-250 Гц попадаютпервые три гармоники шума вращения винта, а для режимов 4-6 только две гармоники.

В тожевремя в этом диапазоне частот присутствует гармоническая составляющая шума поршневогодвигателя на частотах, кратных частоте следования вспышек в цилиндрах, а такжеширокополосная составляющая излучения винта и вихревая составляющая шума выхлопадвигателя.Можно видеть (таблица 2.5), что роль излучения двигателя на первых четырехгармониках шума цилиндра с увеличением режима работы СУ уменьшается. Вероятнее всегоэто связано с наличием в выхлопном тракте двигателя глушителя, который начинает болееэффективно работать при повышенных режимах работы СУ. В тоже время при пониженныхрежимах работы (режимы 1 и 2) суммарный вклад гармонических составляющих, на частотах,кратных частоте следования вспышек в цилиндрах, соизмерим с вкладом первой гармоникишума винта и существенно выше вклада второй и третьей гармоник.На основании измеренных матриц уровней звукового давления в 13-ти точкахрассчитаноэффективнойзначениеакустическогомощностьюдвигателяКПД,икотороемощностьюпоказываетсоотношениеакустическогомеждуизлученияСУ.Максимальное значение акустического КПД получено для режима 6, оно оказалось равным~0,01%.

Данное значение существенно ниже акустических КПД СУ самолетов Як-18Т (0,15%),Вильга-35А (0,123%) и Ан-2 (0,055%). Вероятнее всего это связано с наличием в выхлопномтракте двигателя глушителя, что приводит к снижению интенсивности шума СУ в целом.Спектральные характеристики акустического поля СУНа рисунках 2.17 и 2.18 представлены узкополосный и третьоктавный спектры уровнейзвукового давления при работе СУ самолета на режиме 5. В спектрах можно выделить трихарактерных диапазона частот: диапазон частот ниже первой гармоники шума вращения винта(ниже 100 Гц), где присутствует широкополосное излучение, а также гармоническиесоставляющие на частотах, кратных частоте следования вспышек в цилиндре двигателя;область частот 100-1000 Гц, где наибольшая спектральная плотность соответствуетгармоническому излучению от винта и от двигателя; и область частот свыше 1000 Гц, гдеуровни гармонических составляющих уже не выделяются на фоне широкополосного шума.На рисунке 2.17 обозначены первые шесть гармоник на частотах кратных частотеследования лопастей воздушного винта (f1в, f2в, f3в, f4в, f5в, f6в), а также первые три гармоникина частотах следования вспышек в цилиндре (f1ц, f2ц, f3ц) и первая гармоника шума двигателя(f1д), которая фактически является 4-й цилиндровой гармоникой.49Рисунок 2,17 – Узкополосный спектр уровней звукового давления в диапазоне частот 1010000Гц с шириной полосы 1,56 Гц при работе СУ самолета в статических условиях (режим 5,φ=105°)100SPL, дБ90807060504010100100010000частота, ГцРисунок 2.18 – Третьоктавный спектр уровней звукового давления в диапазоне частот 1610000Гц при работе СУ самолета в статических условиях (режим 5, φ=105°)Таким образом, спектр акустического излучения СУ самолета «МАИ-223М» включаетв себя широкополосную и гармоническую составляющие.