Автореферат (1150756), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Догорание топлива не только инициирует появления дискретного тона в акустическом спектре, но и увеличивает интенсивность турбулентного перемешивания, тем самым увеличивая интенсивность шума смешения, который имеет низкочастотный характер. Также догорание топливаприводит к увеличению температуры струи и, как следствие, скорости звука в11Рис. 3: Локальный спектр акустической энергии для испытания без инжекцииводы на головной части модели РКНокружающем пространстве. Это влечет за собой увеличение угла между осьюструи и направлением максимума уровня звукового давления в диаграмме направленности акустического излучения, и, как следствие, увеличение уровняакустических нагрузок на корпус РКН.Таким образом, на режиме работы двигательной установки с догоранием топлива наиболее эффективным является инжекция воды под углом 60 ,так как полностью ликвидирует источники шума, вызванные догоранием топлива, тогда как инжекция воды под углом 0 лишь снижает интенсивностьэтих источников.В п.
3.3 проведено сравнение результатов экспериментов. По итогамсравнения общих уровней звукового давления на режиме работы двигательнойустановки без догорания топлива установлено, что наиболее эффективным вприсопловой области является инжекция воды под углом 60 , снижая уровеньшума в среднем на 4.7 дБ, тогда как подача воды под углом 0 практическине влияло на него. Однако в головной части модели РКН лучше оказаласьподача воды под углом 0 , которое обеспечивало снижение уровня звукового давления в среднем на 5.5 дБ, а инжекция воды под углом 60 снижала всреднем на 4.2 дБ. Связано это с тем, что инжекция воды под углом 0 больше воздействует на мелкомасштабную турбулентность в зоне взаимодействиясверхзвуковых струй, а инжекция воды под углом 60 больше воздействует наударно-волновую структуру в начальном участке струи.Сравнение глобальных спектров акустической энергии в присопловойобласти показало, что в диапазоне 50 – 3 000 Гц разница между инжекциями12а.
Без инжекции воды(с коллектором)б. Без инжекции воды(без коллектора)в. С инжекцией воды под углом 0г. С инжекцией воды под углом 60Рис. 4: Глобальный спектр акустической энергии ⟨⟩ для режима бездогорания (сплошная линия) и с догоранием (пунктирная линия) топлива наголовной части модели РКНпрактически незаметна, тогда как в полосе частот 3 000 – 50 000 Гц инжекцияпод углом 60 является более эффективной. Вызвано это тем, что инжекцияпод углом 60 , взаимодействуя с начальным участком струи, приводит к уменьшению ударно-волнового шума, который направлен преимущественно вверхпо потоку, тогда как инжекция под углом 0 вообще с этим участком струи невзаимодействует.
Вторым фактором является экранирование кольцевым коллектором акустических волн, излучаемых дальней областью потока, в которойпроисходит взаимодействие струи между собой и, как следствие, генерацияшума мелкомасштабной турбулентностью. Для микрофонов, расположенныхна головной части модели РКН, ситуация кардинально отличается тем, чтоздесь уже существенный вклад вносит шум мелкомасштабной турбулентности, генерируемый в дальней области потока, тогда как ударно-волновой шумуже влияет слабо (рис.
5). Таким образом, инжекция воды под углом 0 вноситдополнительное снижение в полосе 2 000 – 7 000 Гц. Важно заметить, что в13а. Без догорания— без инжекции (с коллектором)— с инжекцией под углом 0б. С догоранием— без инжекции (без коллектора)— с инжекцией под углом 60Рис. 5: Сравнение глобальных спектров акустической энергии на головнойчасти модели РКНполосе частот от 50 до 2 000 Гц уровни влияния инжекции воды полностьюидентичны.Сравнение глобальных спектров акустической энергии на режиме сдогоранием топлива подтверждает тот факт, что главной причиной повышения общего уровня звукового давления является догорание топлива и что егоустранение приводит акустический спектр к такому же виду, как и без догорания.
Также стоит заметить, что влияние инжекции воды в полосе частотот 2 000 до 50 000 Гц такое же, как и при режиме без догорания топлива.В четвертой главе представлена модель генерации дискретного тона,вызванного догоранием недоокисленных компонентов топлива в слое смешения блочной сверхзвуковой струи.В п. 4.1 проведен анализ экспериментальных данных.
Показано, чтодогорание топлива происходит вспышками, частота появления которых соответствует частоте дискретного тона в акустических сигналах. Установлено,что с уменьшением давления в камере сгорания частота появления вспышекувеличивается.В п. 4.2 предлагается модель генерации дискретного тона. Установленааналогия с механизмом, который описал Пауэлл в применении к излучениюдискретного тона нерасчетными струями. Основное отличие заключается вследующем: во-первых, в турбулентных вихрях, образованных у кромки сопла и движущихся вниз по течению, происходит перемешивание компонентовтоплива, содержащегося в выхлопных газах, и атмосферного кислорода; вовторых, акустическая волна, обеспечивающая обратную связь, образуется врезультате воспламенения топливо-воздушной смеси.
Важной особенностьюявляется дополнительное влияние излучения волн Маха соседними струями14на интенсивность перемешивания компонентов топливо-воздушной смеси втурбулентных вихрях. Такое же перемешивание происходит и по внешнемупериметру струй, но намного медленней, что приводит к более позднему возгоранию, т.
е. основную роль в генерации дискретного тона играет перемешивание именно в межсопловой области.На рис. 6 представлено сравнение модели генерации дискретного тонас экспериментальными данными. Параметры в начальном участке струи находились с помощью эмпирических соотношений (эмпирическая модель) и наоснове численного расчета (численная модель). Несмотря на серьезные допущения, модель имеет хорошее совпадение с экспериментальными данными.Важным свойством представленной модели является ее удовлетворительноеописание динамики дискретного тона.— экспериментальные данные— численная модель— эмпирическая модельРис.
6: Сравнение модели генерации дискретного тона сэкспериментальными даннымиПо результатам испытаний с инжекцией воды можно сделать вывод,что подача воды параллельно оси струи не влияет на участок, в котором происходит движение топливо-воздушного вихря, и, таким образом, не влияетна зарождение колебаний огненного факела струи. В этом случае вода взаимодействует уже с пульсирующим факелом и поэтому только уменьшает егоамплитуду. В свою очередь инжекция воды под углом 60 обрывает процессзарождения топливо-воздушного вихря и тем самым ликвидирует процесс догорания топлива.15Основные результаты и выводыВ работе проведено экспериментальное исследование влияния инжекции воды на акустический шум блочной сверхзвуковой струи с возможнымдогоранием топлива, излучающийся в направлении вверх по течению.
Получены следующие результаты:1. Догорание топлива в блочной сверхзвуковой струе приводит к значительному возрастанию общего уровня звукового давления. Связано этос тем, что догорание топлива провоцирует появление дискретной составляющей в спектре акустического шума, частота которой монотоннозависит от давления в камере сгорания двигательной установки;2. Инжекция воды под углом 0 не приводит к подавлению процесса догорания топлива, а лишь снижает его интенсивность, в результате чеготакже происходит рост общего уровня звукового давления. Инжекцияпод углом 60 обрывает механизм горения недоокисленных компонентов топлива, что приводит к ликвидации дополнительных источниковшума, вызванных догоранием;3. При работе двигательной установки без догорания топлива наиболее эффективным в снижении акустического шума в присопловой области является инжекция воды под углом 60 , тогда как подача воды под углом 0практически не изменяло эту величину.
На головной части модели РКНлучший результат показала инжекция воды под углом 0 .Публикации автора по теме диссертацииПубликации в изданиях, рекомендуемых ВАК1. Бакулев В. Л. Применение вейвлетного анализа в исследовании особенностей акустического излучения сверхзвуковой струи // Известия РАРАН. —2014.
— № 4. — С. 41–45.2. Problem of intensity reduction of acoustic fields generated by gas-dynamic jetsof motors of the rocket-launch vehicles at launch / A. M. Vorobyov, T. O. Abdurashidov, V. L. Bakulev et al. // Acta Astronautica. — 2015. — Vol. 109. —Pp. 264–268.3. Бакулев В. Л., Воробьев А. М. Снижение шума блочной сверхзвуковой струис помощью впрыска воды // Вестник СПбГУ. Серия 1: Математика, механика, астрономия. — 2015. — Т. 2 (60), № 3. — С.
428–438.16Публикации в других изданиях4. Системы гашения акустических волн при старте тяжелых РКН / В. Л. Бакулев, А. М. Воробьев, В. Г. Долбенков и др. // Труды молодежной конференции «Новые материалы и технологии в ракетно-космической и авиационной технике». Звездный городок. — 2013. — С. 101–110.5. Методология экспериментального исследования процессов, сопровождающих возможные аварии при старте ракетно-космического носителя и других взрывоопасных изделий / А. М.
Воробьев, В. Л. Бакулев, В. Г. Долбенков, А. Т. Макавеев // Вопросы оборонной техники. Серия 16: Техническиесредства противодействия терроризму. — 2014. — № 9-10. — С. 39–44.6. Бакулев В. Л. Особенности экспериментального исследования сниженияшума сверхзвуковой струи // Седьмые Поляховские чтения: Тезисы докладов Международной конференции по механике. Санкт-Петербург. — 2015.— С.
75.7. Bakulev V. Features of experimental research of supersonic jet noise reduction //International Conference of Mechanics - Seventh Polyakhov’s Readings. SaintPetersburg, Russia. — 2015. — Pp. 1–3.8. Бакулев В. Л., Кузнецов А. Б. Акустическое поле блочной сверхзвуковойструи с догоранием топлива // Сборник трудов X всероссийской научнопрактической конференции «Проблемы обеспечения взрывобезопасности ипротиводействие терроризму». Санкт-Петербург. — 2015. — С. 15–22.9. Бакулев В.
Л. Влияние догорания топлива на акустическое излучение блочных сверхзвуковых струй // Сборник трудов общероссийскойнаучно-технической конференции «Седьмые Уткинские чтения». СанктПетербург. — 2015. — С. 80–84..
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
