Теория и расчёт воздушно-реактивных двигателей под ред. Шляхтенко С.М. (1014193), страница 85
Текст из файла (страница 85)
Уровень звуковой мощности /.Рр измеряется в децибелах (дБ) и определяется выражением а-ш = 10 и (й'/й'о) где йУ вЂ” измеряемая акустическая мощность, Вт; Ко =- 10 ", Вт— величина звуковой мощности, принимаемая за наименьшее пороговое значение. Интенсивность (сила) звука / определяется количеством энергии, переносимой звуковой волной за 1 с через площадку в 1 м', перпендикулярную направлению движения волны. Звуковым давлением р„называется избыточное по отношению к атмосферному среднеквадратичное давление, порождаемое звуковымн волнами. Интенсивность звука и звуковое давление связаны соотношением / = рт,/(рна,), где р„а, — плотность атмосферного воздуха и скорость звука в нем.
Уровень силы звука Т. измеряется в децибелах: у. = 10 1я (//Хв) = 20 1б (Рвв/рево) (14.1) где р„, = 2 10 »Н/м' и /о = 10 " Вт/мй — условные пороговые значения давления и силы звука («порог слышимости»). Верхний болевой порог восприятия звука человеческим ухом соответствует ,/ ж 100 Вт/м'. Таким образом, диапазон силы звука, нормально воспринимаемый человеком, весьма широк и определяется величинами /. = 0 ... 140 дБ, что соответствует изменению интенсивности звука 10'е раз. 420 На достаточном удалении от с,лв источника звука (в так называемом дальнем звуковом поле) сила гоо 4 звука / уменьшается обратно зв Х пропорционально квадрату расстояния до источника (без учета йв к' ~ у а " Р "" в атмосфере).
Уменьшение силы звука /в два раза соответствует, кй мв гзе зев!вез гзеезеаебск согласно (14.1), снижению уровня звУкового давлениЯ й на 3 деци- Рис. Рк!. типивпыа !/3-октапкый бела. При удвоении расстояния до спектр шума ТРДД: ИСтОЧНИКа ЗВуКа ЗВУКОВОЕ да- ! — шум реактивной струи; Р— шум вентилитора! 3 — широкополосный (бе- ВЛЕНИЕ Синжастея На 6 ДЕцибЕЛ.
лый! шум; 4 — дискоетиые составлнюПри экспериментальных исследованиях и анализе шума авиадвигателей определяют частотный спекп»р шума. Для этого весь интересующий нас диапазон частот разбивают на отдельные полосы, соответствующие октаве или ее долям — 1/3, 1/10 и т. д.
(октавой называется диапазон частот, у которого верхняя н нижняя граничные частоты отличаются в два раза). Затем с помощью полосовых фильтров измеряют средние уровни звукового давления в каждой полосе. На рис. !4,1 показан полученный таким образом типичный спектр шума двухконтурного двигателя. Область частот, воспринимаемых человеческим ухом, распространяется от ж20 до ж20 000 Гц, что соответствует примерно десяти октавам. Обычно при практических анализах ограничиваются более узким диапазоном частот, например, ж45 ... 11 200 Гц (восемь октав или 24 1/3-октавных полосы). Общий уровень звукового давления /.х при известном спектре шума определяют сложением относительных величин силы звука на каждой из н рассматриваемых частотных полос.
С учетом (14.1) получаем и — = — + — +" + — =10 ! х ат /в нн кт с/!е '/о '/о /о '/в Откуда т=! л /.и = 10 1и — к = 101Я ~>„10~ /". т=! Для интерпретации полученного выражения рассмотрим простейший пример определения общего уровня звукового давления в заданной точке звукового поля от и источников звука разной частоты, но одинаковой интенсивности (1,! = Ыеш). В этом случае зависимость (14.2) превращается в простую формулу Т.х = /.! + + 10 1я и, дающую следующие результаты (при Т.! = 100 дБ): Число составляющих общего шума (л) ! 2 4 В 1б 32 Общий урозеиь звукового давления (Ел, дБ) ...,,...........
100 10з (14.2) 106 109 112 115 421 с,сс от дБ ис 7СС гс сс сс ггс гсс сссгсссгссс агу Рис. 14.3. Спектры, имеющие одинаковый суммарный уровень воспринимаемого шума Итак, удвоение числа составляющих общего шума при их одинаковой интенсивности добавляет 3 дБ к общему уровню звукового давления. Уровень воспринимаемого человеком шума оказывается понятием субъективным, отличным от рассмотренных выше объективных характеристик шума.
Это связано с тем, что ухо человека обладает разной чувствительностью к звукам разной частоты. На рис. 14.2 показана типичная кривая равной шумности. Наиболее чувствительно ухо человека к частотам 3000 ... 5000 Гц. Одинаково неприятными воспринимаются звук с 1 = 100 Гц и Ь = 108 дБ и звук с г = 4000 Гц, Ь = 89 дБ, несмотря на то, что их интенсивности отличаются в 80 раз. Поэтому потребовалась разработка специальных методов оценки уровня воспринимаемого шума для правильного сравнения различных авиадвигателей по этому показателю. Для оценки уровня воспринимаемого шума Р)х)Ь ' используется единица Р)х( дБ. Общий уровень шума в эти единицы пересчитывают по специальным таблицам для отдельных участков частотного спектра шума.
В основу этих таблиц положены кривые равной шумности (типа кривой, показанной на рис. 14.2), полученные в результате многочисленных испытаний, в процессе которых сравнивалось раздражающее действие шумов при различных частотах с воздействием «шума сравнения» в 1/3-октавной полосе при Г,р — — 1000 Гц (здесь уровень шума й в дБ численно совпадает с уровнем РХЬ в РН дБ).
Пример спектров шума, имеющих различную форму, но одинаковый суммарный уровень воспринимаемого шума в Р)х) дБ, показан на рис. 14.3. Характерно, что спектр, содержащий сильные компоненты шума на высоких частотах, дает такое же значение РХЬ в Р)х) дБ„как и спектр с усиленными компонентами низкой частоты, несмотря на то, что общий уровень звукового давления Ьи в децибелах у первого спектра существенно ниже. Следует иметь в виду, что спектры шума авиационных реактивных двигателей (особенно гс 7СС 7ССС У;Гд Рис. 14.2. Линия равной шумности (Р1ЧЬ = 100Р!Ч дБ) 'От английских слов «регсе!чо! по!бе !ече!» — уровень воспринимаемого шума, 422 ТРДД) содержат сильные компоненты на высоких частотах (рис. 14.1), в связи с чем уровень воспринимаемого шума у них существенно выше уровня, непосредственно измеряемого физическими приборами (шумомерами). Эта разница достигает величин 9 ... 15 Р)х) дБ и зависит от типа двигателя и режима его работы.
Дальнейшие исследования показали, что наличие дискретных тонов в спектре шума (см. рис. 14.1) оказывает дополнительное раздражающее действие по сравнению с широкополосным шумом при одинаковом уровне воспринимаемого шума в РН дБ. Аналогичное дополнительное воздействие оказывает (пум большой продолжительности по сравнению с кратковременным. Для оценки этих факторов предложена новая единица оценки шума — з4тфгктивные Р(х! дБ (ЕР)х( дБ), в основу которой положена единица Р)х) дБ с поправками на продолжительность воздействия шума н наличие дискретных тонов в спектре. Нормы на допустимый уровень шума самолетов на местности Несмотря на то, что в настоящее время двигатели являются основным источником шума от самолетов на местности, нормируется не шум двигателей, а шум самолетов. Это связано с тем, что шум, прослушиваемый иа местности, зависит от условий конкретного применения двигателя на самолетах при взлете и посадке, от таких факторов, как взлетная тяговооруженность или .число двигателей, режимы использования двигателя, траектория набора высоты, расположение двигателей на самолете и др.
Воздействию шума от самолетов при взлете и посадке подвергаются значительные районы в окрестности взлетно-посадочной полосы (ВПП) аэродрома. На рис. 14.4 показаны области, захватываемые шумом более 90 РХ дБ при взлете и посадке пассажирских самолетов ближних магистральных линий взлетной массой 45 ... 50 т и дальних — взлетной массой 141,5 т. Двигатели этих самолетов не имеют специальных шумоглушащих устройств (см. ниже), Зоны действия шума зависят от типа и взлетной массы самолетов, степени двухконтурности применяемых двигателей и других факторов. Зона действия шума осо- ку Ю Ю б 0 й Ю Ю 70 М 10 М 40кл Рнс. !4.4. Звуковой след от дозвуковых пассажирских самолетов при взлете и посадке с Р1з!Ь тм 90Р!ч дБ; 7 — взлатно-восадочна» полоса (ВПП1; т — самолет взлетной массой 50 т с тремя ТРДД, яз =- б; 3 — самолет валетной массой 45 т с двумя ТРДД, т =- 0,7; 4 — самолет взлетной массой 141,5 т с четырьмя ТРДД, яз =- 0,0 РЛ//.
г РдгоБ /уа а47 яу = йрср„'пса,ьР„ (! 4.3) Шум реактивной струи Е = !01а(йт/У,Р)+ 101ДФ, 427 и га Бб НЮ хб Бб т гб ББПР, И а/ Б/ Ю/ Рис. 14.8, Уровни шума от элементов турбореактивных двигателей одинаковой максимальной тяги (пролет на высоте 300 м со скоростью 100 м/с): а — ТРД; б — ТРДД, ш = — 1 ... 2; о — ТРДД. ш =. 4 ...
6 (одяостуяеячатыя воятяля- тор бев входного напрьввяющего ьйяарать!: общая уровень шумь;— шум ат реактяввоа струн; — — — — — — — — шум от турбины; — шум от всвтмлятаря (лг = — 1 ... 2) основным источником шума становится компрессор низкого давления (вентилятор). Шум от реактивной струи и турбины у них ниже. У ТРДД с большой степенью двухконтурности главные источники шума — вентилятор (на максимальном режиме) и турбина (на дроссельных режимах). Шум реактивной струи становится незначительным. Общий уровень шума заметно снижается в ТРДД по мере увеличения степени двухконтурности, особенно на режимах максимальной тяги при взлете.
У форсированных ТРД и ТРДД при включенной форсажной каме е основной источник шума — реактивная струя. иже рассмотрены физические причины образования шума в двух главных источниках, определяющих максимальный уровень шума ТРД и ТРДД: в реактивной струе и в вентиляторе нли компрессоре (физические причины образования шума в этих элементах типичны и для других лопаточных машин, например, турбины). Шум при истечении струи газа из реактивного сопла возникает в процессе ее смешения с окружающим воздухом. Наличие большого градиента скорости на границе струи и сил вязкости приводит к эжекции воздуха из окружающего пространства, завихрению и образованию струйного турбулентного пограничного слоя. Возникновение вихрей в зоне смешения и порождает шум (рис, 14.9). По мере удаления от сопла н расширения зоны смешения масштаб турбулентности растет, что приводит к уменьшению общей частоты излучаемого шума по длине струи.
Однако интенсивность шума, образующегося на единице длины струи на ее начальном участке, оказывается примерно одинаковой, что 426 Рис. 14.9. К образованию шума реактивной струи: ! — реактивное сеяло; 2 — потоядяяаьяос ядро; 3 — зоны смешения; 4 — начальный участок; б — шяовяоа участок объясняется неизменностью на этом участке максимальной разности скоростей в потенциальном ядре струи (здесь с =- го = = сопи() и в окружающем воздухе, определяющей суммарную максимальную величину пульсации скорости в зоне смешения. На основном участке, где зоны смешения соприкасаются и скорость на оси струи начинает падать, излучение шума очень быстро снижается с увеличением расстояния от сопла. На расстоянии, большем 10 ... 15 диаметров сопла, реактивная струя почти не шумит. Таким образом, наибольший вклад в общий шум струи дает ее начальный участок (см.
рис. 14.9). Длина начального участка реактивных струй ВРД при истечении в неподвижный воздух может изменяться в пределах 3 ... 8 диаметров среза сопла в зависимости от температуры выхлопных газов и режима истечения. На основании теории, разработанной Лайтхиллом, получена формула для определения акустической мощности струй, вытекающих в неподвижный воздух из расчетных сопел (М, = = 0,5 ... 1,5): где /т — экспериментальный коэффициент.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
