Теория и расчёт воздушно-реактивных двигателей под ред. Шляхтенко С.М. (1014193), страница 86
Текст из файла (страница 86)
Для перехода к уровню силы звука в дальнем звуковом поле" воспользуемся выражением (!4.1) и связью о' .= )РФ/г: где г" — поверхность, в которую происходит излучение шума (прн излучении в сферу р = 4п/7я)! !О 1я Ф вЂ” фактор направленности излучения шума, представляющий собой разность в децибелах между измеренным уровнем шума в данной точке н расчетным уровнем от фиктивного ненаправленного источника шума той хсе мощности, излучающего шум в сферу равномерно во всек направленияк.
' !. е. иа расстоянии /7. существенно превышчющем диаметр сопла. р 2 4 Б лт Рис. 14.10. Снижение уровня шума реактивной струи ТРДД в зависимости от степени двухкаитурности (Р = Ыегп) Из рассмотрения (14.3) следует, что на акустическую мощность струи влияют размеры двигателя, плотность выхлопных газов и скорость их истечения. Ртрг РМББ У двигателей одного типа с одинаковым уровнем параметров цикла (и„', Т„') тяга пропорциональна расходу воздуха, т. е.
площади среза сопла. В этом случае акустическая мощность реактивной струи двигатели прямо пропорциональна его тяге. Уменьшение плотности выхлопных газов (увеличение температуры) при прочих равных условиях уменьшает шум. Наибольшее влияние иа шум оказывает скорость истечения газов (-гс). В частности, переход в дозвуковой авиации к использованию ТРДД вместо ТРД и повышение степени двухконтурности в них привело к уменьшению удельной тяги (скорости истечения газов) и существенному снижению общего шума при эксплуатации самолетов (см. рис. 14.10, 14.8, а также кривые 2 и о на рис. 14.4).
Шум вентилятора и компрессора Шум вентилятора и компрессора складывается из широкополосного (так называемого «белого») шума и пиков шума на дискретных частотах (см. правую часть спектра шума на рис. 14.1). Вентилятор и компрессор производят шум в области средних и высоких частот, что, как указывалось, является весьма неблагоприятным фактором. Наиболее неприятны для восприятия дискретные составляющие шума. Источником белого 'шума служит турбулентность потока, проходящего через лопаточные венцы компрессора. Турбулентные пульсации вызывают местные пики давления на стенках лопаток, которые порождают акустические волны. Другим источником широкополосного шума являются вихри, срывающиеся с задних кромок лопаток. Причин возникновения дискретного шума несколько.
Во-первых, это взаимодействие неравномерных полей давления, скорости и следов от лопаток предшествующего венца с лопатками последующего венца. Частота шума взаимодействия равна частоте следования лопаток относительного соседнего венца Т,л и кратным ей частотам 21,л, 3)',и и т. д. В частности от каждой лопатки направляющего аппарата звук излучается с частотой (,и = пг р „, где п — частота вращения, 1!с; гл р „— число лопаток предшествующего рабочего колеса.
Другой причиной появления дискретного шума на тех же частотах является взаимодействие вращающегося рабочего колеса с крупномасштабной турбулентностью или со стационарной неравномерностью и пульсациями потока во входном канале. Шум взаимодействия распространяется от вентилятора и вверх и вниз по потоку. 428 При сверхзвуковых окружных скоростях, характерных для современных вентиляторов, проявляется шум вращения, вызываемый ударными волнами и сильно неравномерными полями давления у лопаток вращающегося рабочего колеса. Частота шума вРащениЯ также Равна или кРатна Т,л.
Дискретный шум на частоте следования ),а является доминирующим в общем шуме вентилятора ТРДД. Технологические отличия в геометрических размерах и установке лопаток рабочего колеса вентилятора приводят при сверхзвуковой скорости вращения на периферии к тому, чтазп|орыдавления, интенсивность и положение скачков уплотнения у отдельных лопаток сильно различаются и дополнительно появляется интенсивный дискретный шум в области пониженных частот 1 < уса, равных и кратных частоте вращения ротора.
При работе компрессора (или вентилятора) наблюдается снос акустической энергии шума, возникающего в компрессоре, вниз по потоку воздуха. В результате, например, шум со стороны выхода из одноступенчатого вентилятора ТРДД с раздельными контурами оказывается большим, чем со стороны всасывания, Эта разница зависит от числа М потока в межлопаточных каналах рабочих колес и направляющих аппаратов.
Теоретически при М = 1 звук вообще не должен распространяться вверх по потоку. В многоступенчатом компрессоре шум от ступени заметно уменьшается при прохождении вперед через предшествующую ступень. Первая ступень дает примерно половину общей мощности шума компрессора, столько же, сколько все остальные. Широкополосный и дискретный шум турбины вызывается аналогичными причинами. 14 3. СПОСОБЫ СНИЖЕНИЯ ШУМА НРД Снижение шума реактивной струи Как следует из сказанного выше, задача снижения шума реактивной струи может относиться к двигателям следующих типов: ТРДФ, ТРДДФ, ТРД и ТРДД с малой или умеренной степенью двухконтурности.
ТРДД с т = 4 . 6 не нуждаются в специальных средствах шумоглушения реактивной струи. Рис. !4 11. ШУмоглУшащее сопла турбореактив ного двигателя РД-ЗМ нз самолете Ту.104 цге ае пр Рис. 14.12. Снижение уровня шума в многотрубчатом сопле (по данным фирмы Боинг): Н вЂ” чмсло пнтрубкои (Н = 1 — исходе ( с нос круглое сопли); пс -— — з,э; Гс — — 883 К; измерение под углом 45' н осн сопли В предыдущем разделе было показано, что основным источником шума является иаир чальный участок реактивной ге струи, содержащий потенциальное ядро.
Поэтому главный принцип шумоглушения реактивной струи заключается в! максимальном сокращении длины этого начального участка, в организации быстрого перемешиваиия выхлопных газов с воздухом. Для этой цели предложены многочисленные устройства. В первую очередь следует остановиться на специальных шумоглушащих соплах с выходным Сечением сложной формы: гофрированных, лепестковых, много- трубчатых и др. (рис. 14.11). Общий принцип построения таких сопел заилючается в преобразовании исходной круглого сечения струи в струю с поперечным сечением сложной формы, с развитой поверхностью смешения или в систему струй меньшего диаметра, которое определяется сложным механизмом взаимодействия струй друг с другом и с воздухом, эжектируемым в зону между струями. В частности, средняя скорость течения газа относительно эжектируемого воздуха, движущегося между струями, снижается, что согласно (14.3) уменьшает акустическую мощность струй.
Наряду со снижением общего уровня шума его спектр смещается в сторону высоких частот в связи с уменьшением размеров зои смешения в отдельных струях (рис. 14.12), что приводит к большему поглощению акустической энергии при распространении шума в атмосфере. Если шумоглушащее сопло и начальный участок смешения окружить кольцевым эжекторным иасадком, то степень шумоглушения еще больше возрастает, в частности, из-за экранирующего действия стенок эжектора.
Однако, масса и габаритные размеры такого сопла заметно возрастут. Применение шумоглушащих сопел сложной формы с увелнченисл1 массы приводит и к другим отрнпательиым последствиям, в частности, к дополнигельнану гидравлическому сопротивлению сопла и потере взлетной тяги двигателя в 1 3 уй. В полете влияние то на тягу возрастает, и потери тяги увеличиваются (см.
гл, у). Поэтому наблюдается стремление к разработке шумоглушнтелей, дей. ствующих только при взлете самолета в не вносящих дополнительных сопрогив. лений в длительном крейсерском полете. К такому типу относится, например, шумоглушитель ТРДФ «Олимп» 593 СПС «Конкорд». Шуыоглушигель выполнен в виде десяти поворотных полых обтекаемых лопаток, расположенных внутри сопла в рабочем положении радиально, через которые в поток газа зжектируется атмосферный воздух.
На крейсерском режиме лопатки убираются заоодлипо со стенкой сопла и не вызывают потерь тяги. 430 Снижение шума вентилятора, компрессора и турбины Эта проблема относится только к двухконтурным не- форсированным двигателям, у которых шум реактивной струи снижен или малосущественен (при т ~ 4 ... 5) и проблема дальнейшего снижения шума связана с вентилятором и компрессором. Уменьшить шум, исходящий от лопаточных машин, можно двумя путями: снижением шума в месте его зарождения (в источнике) и снижением шума при его распространении путем применения внешних шумоглушащих устройств.
С н и ж е и и е ш у м а в и с т о ч н и к е. Это направление касавкся главным образом уменьшения дискретных составляющих шума и решается несколькими путями. 1) Применение ТРДД с большой степенью двухконтурности (т > 4 ... 5), в которых становится возможным устройство одно- ступенчатого вентилятора, исключающего следовое взаимодействие многих лопаточиых венцов, характерное для многоступенчатых вентиляторов ТРДД с умеренной степенью двухкоитурности (т = 1 ...
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
