Автореферат (1150756), страница 2
Текст из файла (страница 2)
и Буту А. Б. принадлежит разработка системы измерения;автором разработана методика проведения испытаний, методика обработки результатов акустических измерений и анализ результатов. В работе [3] Воробьеву А. М. принадлежит общее руководство над экспериментальным исследованием; автору принадлежит разработка методики проведения спектрального анализа на основе вейвлетного преобразования, анализ результатов испытаний и разработка математической модели генерации дискретного тона. Вработе [4] Воробьеву А. М. и Долбенкову В. Г. принадлежит идея исследования и постановка задачи; Макавееву А.
Т. и Кузнецову А. Б. принадлежитразработка проектов систем гашения шума при старте РКН; автору принадлежит обоснование предложенных проектов. В работе [5] Воробьеву А. М. иДолбенкову В. Г. принадлежит идея исследования и постановка задачи; Макавееву А. Т. принадлежит разработка проектов экспериментального стенда;автору принадлежит анализ современного состояния проблемы и обоснованиепредложенных моделей. В работе [8] Кузнецову А.
Б. принадлежит разработка двигательной установки и расчет внутрибаллистических характеристик вкамере сгорания; автору принадлежит анализ результатов испытаний и разработка математической модели генерации дискретного тона блочной сверхзвуковой струей с догоранием топлива.Реализация и внедрение результатов исследования. Основные результаты и выводы, представленные в диссертации, использованы в производственной деятельности АО «КБСМ» при проектировании наземного оборудования ракетно-космических систем.Объем и структура работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. Полный объем диссертации составляет123 страницы с 45 рисунками и 4 таблицами. Список литературы содержит113 наименований.Благодарности. Автор выражает глубокую признательность доктору технических наук, профессору, заслуженному деятелю науки РФУскову В. Н. , который был научным руководителем в начале работы наддиссертацией, и доктору физико-математических наук, профессору Матвееву С. К., с которым эта работа была продолжена.
Автор благодарен коллективу расчетно-исследовательского отделения АО «КБСМ», и лично заместителюгенерального конструктора по науке, доктору технических наук, профессору,заслуженному машиностроителю РФ Воробьеву А. М., за организацию экспериментальных исследований.7Содержание работыВо введении обоснована актуальность темы исследования, сформулирована цель и задачи, научная новизна, практическая значимость и апробацияработы, представлены основные положения, выносимые на защиту, изложенаструктура диссертации.В первой главе описана структура одиночных и блочных сверхзвуковых струй на различных режимах истечения, а также основные источникиакустического шума сверхзвуковых струй.
Приведен обзор работ по изучениюразличных способов снижения интенсивности акустического излучения высокоскоростных струй. Показано, что наиболее эффективным как с технической,так и с экономической точки зрения, методом снижения шума сверхзвуковыхструй для задач ракетной техники является инжекция воды в слой смешения.Вторая глава посвящена описанию экспериментального оборудования, методик проведения испытаний, анализа акустических сигналов и численного расчета.В п. 2.1 представлено описание экспериментального стенда 140-13Сп,разработанного АО «КБСМ» для исследования снижения акустических нагрузок на корпус РКН с помощью инжекции воды в слой смешения струи.Схема стенда изображена на рис.
1. Двигательная установка 8 вместе с имитатором корпуса РКН 5 с помощью опор 9 и 4 соответственно закрепленыгоризонтально на расстоянии 1.3 м от уровня бетонного основания стенда 11.Внутри имитатора расположен упор 6, который с помощью переходника 7передает нагрузки от тяги двигателя на вертикальную стену стенда 1. Дляснижения передачи вибрации от упора 6, имитатор корпуса РКН заполненгранулами вспененного полистирола. Для уменьшения влияния отраженныхакустических волн на общее акустическое поле на основании стенда 11 устанавливается звукопоглощающий экран по всей ширине и в длину на 4 м отвертикальной стены 1.
На вертикальную стену 1 также устанавливается звукопоглощающий экран 2. Инжекция воды в слой смешения осуществляется спомощью кольцевого коллектора 10 через насадки-распылители, представляющие собой патрубки с форсунками. Предусмотрена возможность установки36 насадок-распылителей.
Применение насадок разного типа позволяет осуществлять инжекцию воды под углами 0 и 60 относительно оси струи двигательной установки.В качестве модельного двигателя используется ракетный двигатель натвердом топливе СМ-А269, характеристики которого изложены в п.
2.2. Двигатель состоит из пяти конических сопел с углом полураствора 15 и диаметромвыходного сечения = 84.1 мм. Число Маха в выходном сечении = 4.Температура в камере сгорания 0 = 2740 K. В двигателе используется баллиститное топливо на основе нитроцеллюлозы и нитроглицерина. Продуктысгорания топлива содержат компоненты со следующими весовыми долями:[] = 0.31, [2 ] = 0.16, [2 ] = 0.38, [2 ] = 0.14, [2 ] = 0.01.8Рис. 1: Схема экспериментального стендаВ п. 2.3 описана система измерения. На модели РКН установлено 3пояса микрофонов: нижний — в районе днища двигательной установки, средний — на расстоянии 2.2 м от среза сопел и верхний — на расстоянии 3.3 мот среза сопел.
В каждом поясе измерений микрофоны расположены в двухвзаимоперпендикулярных плоскостях — вертикальной и горизонтальной. Дляизмерения акустических давлений в качестве чувствительного элемента применялись 1/4-дюймовые конденсаторные микрофоны 4939A и 4938A фирмы«Bruel & Kjaer» (Дания). Для настройки и сквозной калибровки трактов акустических давлений использовался пистонфон 4228 фирмы «Bruel & Kjaer».В п. 2.4 приведена схема видеорегистрации испытаний, которая осуществлялась двумя скоростными видеокамерами с частотой съемки 2 000 кадров всекунду.В п.
2.5 изложена программа испытаний. Испытания без инжекции воды предназначены для определения базового значения акустического давленияна корпусе РКН, его особенностей, а также определение влияния кольцевогоколлектора на характеристики акустического поля струи. Цель испытаний синжекцией воды — исследование влияния геометрических характеристик инжекции воды на акустическое поле блочной сверхзвуковой струи. В частно-9сти, с помощью инжекции под углом 0 определялось влияние водяных струйна шум турбулентного смешения в зоне взаимодействия струй двигательнойустановки между собой, а с помощью инжекции под углом 60 исследовалосьвлияние на начальный участок сверхзвуковых струй.
Вода подавалась с общимрасходом 30 л/с и избыточным давлением 7 атм.В п. 2.6 представлена методика обработки результатов акустическихизмерений. Спектральный анализ проводился на основе вейвлетного преобразования, которое имеет свойство раскладывать сигнал одновременно по времени и по частотам. С помощью такого подхода можно определить изменениеспектральных характеристик акустического сигнала с течением времени.В п.
2.7 описана методика нестационарного численного расчета параметров начального участка сверхзвуковой струи с помощью уравнений НавьеСтокса, осредненных по Рейнольдсу, дополненную − − моделью турбулентности, с использованием коммерческого пакета ANSYS Fluent.В третей главе изложены результаты испытаний по исследованию влияния инжекции воды в слой смешения блочной сверхзвуковой струи на акустический шум, направленный вверх по течению.В п. 3.1 представлен анализ общего уровня звукового давления дляпроведенных испытаний. Установлено, что в момент достижения максимумадавления в камере сгорания двигательной установки и с дальнейшим его снижением происходит догорание недоокисленных компонентов продуктов сгорания и 2 в атмосферном кислороде, что значительно увеличивает общийуровень звукового давления на корпусе модели РКН.
Для «сухих» испытаний общий уровень звукового давления в присопловой зоне мог увеличитсяна 15 дБ и достигать значения 171 дБ, а на головной части модели РКН могувеличиться на 20 дБ и достигать значения в 159 дБ (рис. 2). В испытанияхс инжекцией воды определено, что подача воды под углом 0 не приводит кподавлению процесса догорания топлива, в результате чего также происходитувеличение общего уровня звукового давления после достижения максимума давления в камере сгорания двигательной установки. В свою очередь инжекция под углом 60 обрывает механизм догорания и, как следствие, общийуровень звукового давления на всем периоде работы двигательной установкипрактически не меняется.Для дальнейшего анализа результатов акустических измерений работадвигательной установки была разделена на участок без догорания (с началаработы двигательной установки и до момента достижения максимума давления в камере сгорания) и участок с догоранием топлива (с момента максимумадавления в камере сгорания до окончания работы двигальеной установки).В п.
3.2 проведен спектральный анализ акустических сигналов. Локальные спектры энергии, которые характеризуют распределение акустическойэнергии по времени и частотам, показали, что догорание топлива провоцирует появление дискретной составляющей, частота которой монотонно увели-10а. Без инжекции воды(с коллектором)б. Без инжекции воды(без коллектора)в. С инжекцией воды под углом 0г. С инжекцией воды под углом 60Рис. 2: Зависимость общего уровня звукового давления Σ (сплошная линия)и давления в камере сгорания 0 (штриховая линия) от времени на головнойчасти модели РКНчивается с уменьшением давления в камере сгорания двигательной установки(рис.
3).На рис. 4 изображены графики глобальных спектров энергии, которыеописывают интегральное распределение акустической энергии по частотамдля участков с догоранием топлива и без него. Установлено, что дискретныйтон, вызванный догоранием топлива, никак не влияет на распределение акустической энергии в области высоких частот, основная зона влияния — 50 –1 000 Гц. Дискретный тон появляется и до достижения давления в камересгорания максимального значения, но энергия этой дискретной составляющейзначительно меньше.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
