Диссертация (1150757), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Испытание №2а. Испытание №177г. Испытание №4в. Испытание №3Рисунок 3.10: Локальный спектр акустической энергии (микрофон М2)б. Испытание №2а. Испытание №178г. Испытание №4в. Испытание №3Рисунок 3.11: Локальный спектр акустической энергии (микрофон М3)б. Испытание №2а. Испытание №179г. Испытание №4в. Испытание №3Рисунок 3.12: Локальный спектр акустической энергии (микрофон М4)б. Испытание №2а. Испытание №180г. Испытание №4в.
Испытание №3Рисунок 3.13: Локальный спектр акустической энергии (микрофон М5)б. Испытание №2а. Испытание №181г. Испытание №4в. Испытание №3Рисунок 3.14: Локальный спектр акустической энергии (микрофон М6)б. Испытание №2а. Испытание №18283В испытании №2 появления ярко выраженной дискретной составляющейпроисходит с задержкой. С большой вероятностью это связано с тем, что по достижению максимума давления струи двигателя являются недорасширеннымии только в момент = 1.2 струя становится перерасширенной, что и приводитк появлению дискретной составляющей.
Другими словами, процесс догораниятоплива, который начинается в момент максимума давления в камере сгорания, провоцирует появления дискретной составляющей акустического излучения, причем ее энергия на порядок выше, чем энергия всех остальных источников в течение всего времени. Появление дискретного тона имеет не непрерывный характер, а скорее случайный. Также стоит отметить, что в момент = 1.3c, когда давления в камере сгорания для этих испытаний равны, частоты дискретных тонов также равны.Испытание №3 также сопровождается появлением дискретных составляющих в полосе частот 350 – 650 Гц, однако в отличие от «сухих» испытаний, четкой зависимости от изменения давления в камере сгорания не прослеживается.Амплитуда таких всплесков на два порядка ниже, чем в испытаниях №1 и №2.Из этого можно сделать вывод, что инжекция воды параллельно оси струи слабовлияет на процесс догорания топлива в струе и как следствие вызванная догоранием дискретная составляющая не исчезает, а только снижает свою амплитуду.Из анализа графиков для испытания №4 можно заключить, что спектральныехарактеристики не меняются с изменением давления в камере сгорания, появления дискретных составляющих не наблюдается.
Таким образов, инжекция водыпод углом 60 полностью подавляет процесс догорания топлива и как следствиеприводит к избавлению от дополнительных источников шума.Также можно заметить, что спектр акустической энергии на головной частимодели РКН (второй и третий пояса измерений) имеет ряд отличий от спектрау выходного сечения сопла (первый пояс измерений). Во-первых, уровень энергии на головной части модели из-за рассеивания акустических волн на порядокменьше, чем у среза сопла. Во-вторых, на головной части модели имеются до-84полнительные всплески в полосе частот 100 – 350 Гц.
По всей видимости этосвязано со структурными колебаниями имитатора корпуса РКН.3.2.2Глобальный спектр акустической энергииВ предыдущем разделе приведены локальные спектры акустической энергии, которые показали характер изменения акустического поля со временем, однако для полного понимания необходимо провести интегральную оценку акустических полей режимов работы двигательной установки без догорания и сдогоранием топлива.
На рисунках 3.15 – 3.18 представлены глобальные спектрыакустической энергии для струи с догоранием топлива и без него.Из представленных графиков можно сделать вывод, что дискретный тон, вызванный догоранием топлива, никак не влияет на распределение акустическойэнергии в области высок частот. Основная зона влияния — 50 – 1000 Гц, здесьакустическая энергия увеличивается сразу на два порядка.
Более слабое влияние происходит в диапазоне от 1000 до 4000 Гц, где энергия увеличивается неболее чем в пять раз. Также можно заметить, что дискретный тон появляется идо достижения давления в камере сгорания максимального значения, но энергияэтой дискретной составляющей значительно меньше. Таким образом, анализируя полученные графики, можно сделать вывод, что догорание топлива не толькоинициирует появления дискретного тона в акустическом спектре, но также увеличивает интенсивность турбулентного перемешивания, тем самым увеличиваяинтенсивность шума смешения, который имеет низкочастотный характер. Такжеважно заметить, что догорание топлива приводит к увеличению температуры и,как следствие, скорости звука в окружающем пространстве, что в свою очередьк увеличению угла максимума направленности акустического излучения в область вверх по потоку, что приводит увеличению уровня акустических нагрузокна корпус РКН.85а. Микрофон M1б.
Микрофон M2в. Микрофон M3г. Микрофон M4д. Микрофон M5е. Микрофон M6Рисунок 3.15: Глобальный спектр акустической энергии для режима бездогорания (сплошная линия) и с догоранием (пунктирная линия) топлива дляиспытания №186а. Микрофон M1б. Микрофон M2в. Микрофон M3г. Микрофон M4д. Микрофон M5е. Микрофон M6Рисунок 3.16: Глобальный спектр акустической энергии для режима бездогорания (сплошная линия) и с догоранием (пунктирная линия) топлива дляиспытания №287а. Микрофон M1б. Микрофон M2в. Микрофон M3г. Микрофон M4д.
Микрофон M5е. Микрофон M6Рисунок 3.17: Глобальный спектр акустической энергии для режима бездогорания (сплошная линия) и с догоранием (пунктирная линия) топлива дляиспытания №388а. Микрофон M1б. Микрофон M2в. Микрофон M3г. Микрофон M4д. Микрофон M5е. Микрофон M6Рисунок 3.18: Глобальный спектр акустической энергии для режима бездогорания (сплошная линия) и с догоранием (пунктирная линия) топлива дляиспытания №489Анализ спектров для испытания №3 подтверждает сделанные ранее выводы:увеличение акустической энергии, но с меньшими значениями, чем в «сухих»испытаниях, в полосе частот 50 – 1000 Гц происходит за счет догорания топлива в струе.
Также стоит отметить, что ввиду дополнительного охлажденияструи, увеличение максимума угла направленности более медленное, поэтомуувеличение акустической энергии в область вверх по потоку выражается слабее.Глобальные спектры акустической энергии, приведенные для испытания №4доказывают тот факт, что инжекция воды под углом 60 в слой смешения струиприводит к полному подавлению эффектов, вызванных догоранием топлива вструе.3.3Сравнение результатовПосле проведенного спектрального анализа для каждого испытания и определения особенностей перейдем к оценке эффективности инжекции воды науровни акустических нагрузок на модель РКН.Было установлено, что после достижения максимума давления в камере сгорания в результате догорания недоокисленных компонентов топлива появляетсядискретный тон, который сильно увеличивает ОУЗД и изменяет спектральныехарактеристики акустического поля.
Снижение уровня акустических нагрузокна этом режиме определялась главным образом влиянием инжекцией воды напроцесс догорания. В результате было установлено, что инжекция под углом60 полностью ликвидирует этот процесс, тогда как инжекция параллельно осиструи лишь уменьшает интенсивность. Таким образом, инжекция воды под углом 60 очевидно является наиболее эффективным на режиме с догоранием топлива.
Однако на практике такой режим наблюдается редко, в связи с чем приразработке систем снижения шума такой эффект обычно не учитывают. Поэтому для решения поставленной задачи будем использовать только участок бездогорания топлива.90Таблица 3.1: Средние уровни звукового давления для участкаработы двигателя без догорания топливаМикрофон Испытание №1 Испытание №2 Испытание №3 Испытание №4(без инжекции (без инжекции (с инжекцией (с инжекциейводы)воды)воды подводы подуглом 0 )углом 60 )М1153.6 дБ155.9 дБ154.0 дБ150.9 дБМ2152.9 дБ156.3 дБ155.0 дБ149.3 дБМ3141.2 дБ140.9 дБ136.5 дБ137.3 дБМ4140.1 дБ139.1 дБ135.4 дБ136.0 дБМ5139.9 дБ140.7 дБ134.2 дБ136.7 дБМ6138.7 дБ138.8 дБ133.8 дБ134.0 дБТаблица 3.2: Эффективность инжекции водыМикрофонИспытание №3 (синжекцией воды подуглом 0 )Испытание №4 (синжекцией воды подуглом 60 )М10.8 дБ3.9 дБМ2-0.2 дБ5.5 дБМ34.6 дБ3.8 дБМ44.2 дБ3.6 дБМ56.1 дБ3.6 дБМ65.0 дБ4.8 дБ91В таблице 3.1 представлены средние значения общего уровня акустическогодавления на первом участке.
Для определения величины эффективности инжекции воды сначала определяется средний ОУЗД струи без инжекции воды. Таккак давления в камере сгорания испытаний №3 и №4 лежат между графикамидавления для «сухих» испытаний, то такой подход является целесообразным. Далее полученный базовый ОУЗД сравнивается с имеющимися результатами дляиспытаний №3 и №4.
Итоговые оценки эффективности приведены в таблице 3.2.По результатам можно сделать вывод, что в присопловой области, где былиустановлены микрофоны М1 и М2 эффективней оказалась инжекция воды подуглом 60 , тогда как инжекция под углом 0 практически не изменила общийуровень звукового давления и даже привела к его увеличению (микрофон М2).Минимальная разница результатов составила 3.1 дБ. В отличие от присопловойобласти, на имитаторе корпуса модели РКН наилучший результат показала инжекция воды под углом 0 , причем разница доходила до величины 2.5 дБ.
Такимобразом, наилучшим оказалось воздействие водяных струй именно на дальнийучасток рабочей струи.Для лучшего понимания механизма снижения шума на рисунке 3.19 проведено сравнение глобальных спектров энергии. Так, сравнивая результаты присопловых микрофонов М1 и М2, приходим к выводу, что в диапазоне 50 –3000 Гц разница между инжекциями практически незаметна, тогда как в полосе частот 3000 – 50000 Гц инжекция под углом 60 является более эффективной.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
