Разработка звукопоглощающих элементов из материала МР для газотурбинных двигателей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.07.05, кандидат наук Сафин, Артур Ильгизарович

• Сафин, Артур Ильгизарович
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Сафин, Артур Ильгизарович

Оглавление

Введение

1 Анализ основных направлений снижения шума ГТД

1.1 Анализ основных источников шума газотурбинных двигателей

1.2 Анализ основных методов снижения уровня шума ГТД

1.3 Анализ эффективности звукопоглощающих конструкций (ЗПК)

1.4 Классификация пористых звукопоглощающих материалов

1.5 Анализ математических моделей пористых материалов

2 Разработка математической модели акустических характеристик уп- 33 ругопористого материала МР

2.1 Математическая модель сопротивления продуванию упругопо- 33 ристого материала МР

2.2 Математическая модель акустических характеристик упругопо- 39 ристого материала МР

3 Модернизация экспериментальной установки и экспериментальные 47 исследования модельных образцов упругопористого материала МР

3.1 Модернизация экспериментальной установки для измерения 47 коэффициента звукопоглощения

3.2 Результаты исследований образцов из материала МР, изготов- 57 ленных по технологии дозирования по весу вытянутой проволочной спирали

3.3 Результаты исследований материала МР, полученного с ис- 67 пользованием зиговки исходной проволоки

3.4 Сравнение теоретических и экспериментальных значений ко- 74 эффициента звукопоглощения упругопористого материала МР

3.5 Экспериментальное исследование влияния загрязняемости МР

4 Экспериментальные исследования схем ЗПК с упругопористым материалам МР

4.1 Результаты экспериментальных исследований акустических характе- 80 ристик схем ЗПК с упругопористым материалом МР в импедансной трубе

4.2. Экспериментальные исследования акустических характеристик

схем ЗПК в канале методом двух реверберационных камер

4.3 Результаты экспериментального исследования схем ЗПК с уп-

ругопористым материалом МР в канале

Основные результаты и выводы

Список использованных источников

Заключение

Приложение А

Приложение Б

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка звукопоглощающих элементов из материала МР для газотурбинных двигателей»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Одной из важных задач при создании ГТД является обеспечение норм международной организации гражданской авиации ИКАО по уровню шуму.

Шум самолетов строго регламентирован национальными стандартами и стандартами ИКАО. Требования к шуму самолетов имеют тенденцию к ужесточению. При этом основным источником шума самолета является ГТД. В связи с этим самым эффективным способом борьбы с шумом самолета является снижение шума ГТД.

На сегодняшний день существует два основных, применяемых в практике, способа борьбы с шумом ГТД. Первым способом является снижение шума непосредственно в источнике. Но это, как правило, приводит к ухудшению других характеристик ГТД, таких как КПД, ресурс, расход топлива и т.д. Второй способ -это снижение шума на путях его распространения путем использования звукопоглощающих конструкций (ЗПК).

Для снижения шума в ГТД широко используются резонансные ЗПК. Их недостатком является то, что они эффективны в достаточно узком частотном диапазоне. Такого недостатка лишены ЗПК, в которых в роли основного звукопоглощающего элемента выступают пористые материалы. Однако вопросы применения пористых звукопоглощающих элементов в условиях, характерных для ГТД и ЭУ, в настоящее время изучены недостаточно. Поэтому работа, направленная на разработку и исследование особенностей применения и свойств пористых звукопоглощающих элементов в конструкциях ЗПК, эффективных в широком диапазоне частот, является актуальной задачей.

Степень разработанности темы. Вопросам снижения шума ГТД посвящены работы Мунина А.Г., Загузова И.С., Кузнецова Н.Д., Копьева В.Ф., Данцыга А.Я., Гутина Л.Я., Шилова P.A., Халецкого Ю.Д., Старобинского Р.Н., Bernard J.P., Heidelberg L.G., Smith М., Meiling Т.Н., Daak P.E. и др. В них освещены вопросы снижения уровня шума ГТД на базе использования сотовых звукопоглощающих конструкций. Однако отсутствуют рекомендации по расширению частотного диа-

пазона эффективного снижения уровня шума ГТД путем использования пористых материалов, которые применяются в современной акустике, что обусловлено особенностями эксплуатации ЗПК в тракте ГТД - высокими температурами, значительной вибрацией и т.д.

Для улучшения виброакустических характеристик различных конструкций хорошо зарекомендовал себя упругопористый материал, представляющий собой однородную пористую структуру, полученную холодным прессованием дозированной по весу вытянутой проволочной спирали. Этот материал известен под названием МР. Некоторые вопросы применения МР в качестве звукопоглощающего элемента рассмотрены в работах Белоусова А.И., Изжеурова Е.А., Белова C.B., Никифорова Н.А., Хунюань Ц., Гоучи У. Однако до сих пор не существует математического описания звукопоглощающих свойств ни материала МР, ни ЗПК на его основе, что сдерживает широкое применение таких ЗПК.

Цель исследования состоит в повышение акустической эффективности ЗПК на основе звукопоглощающих элементов из упругопористого материала МР для снижения шума газотурбинных двигателей и энергоустановок.

Основные задачи диссертационной работы:

1 Анализ возможностей расширения диапазона эффективного звукопоглощения ЗПК, применяемых для снижения шума ГТД.

2 Разработка математической модели описания акустических характеристик звукопоглощающих элементов из упругопористого материала МР.

3 Теоретическое и экспериментальное исследование влияния параметров материала МР на его акустические характеристики.

4 Разработка и исследование схем ЗПК на базе использования материала МР, эффективных в широком диапазоне частот.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые получены следующие результаты:

1 Разработана математическая модель для описания акустических характеристик звукопоглощающих конструкций из упругопористого материала МР,

позволяющая решать задачу оптимизации их габаритно-массовых характеристик и акустической эффективности.

2 Теоретически выявлены зависимости между коэффициентом звукопоглощения МР и его структурными параметрами, такими как диаметр проволоки, из которой изготовлен материал МР, пористость и толщина МР, которые подтверждены экспериментально.

3 Разработаны рекомендации по выбору схем ЗПК на базе использования материала МР и их параметров, обеспечивающих наибольшие значения коэффициента звукопоглощения в заданном диапазоне частот.

Теоретическая и практическая значимость работы:

Теоретическая значимость работы заключается в том, что разработаны математические модели, позволяющие изучать распространение акустических волн в упругопористом материале МР, а также в многослойных системах с его применением.

Практическая значимость заключается в том, что:

- разработаны математические модели, позволяющие решать задачи оптимизации звукопоглощающих, массово-габаритных характеристик ЗПК на базе материала МР;

- разработаны, изготовлены и исследованы элементы звукопоглощающих конструкций для снижения шума газотурбинных двигателей, эффективные в широком диапазоне частот.

Результаты, полученные в работе используется в:

- ГНЦ ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова»;

- Самарском государственном аэрокосмическом университете при чтении курса лекций «Основы виброакустики».

Основные положения, выносимые на защиту:

1 Математические модели для описания акустических характеристик элементов ЗПК на базе материала МР.

2 Результаты экспериментальных исследований акустических характеристик материала MP и схем ЗПК, подтверждающие адекватность разработанных математических моделей акустических характеристик материала MP.

3 Разработанные рекомендации по выбору схем ЗПК на базе использования материала MP, обеспечивающие наибольшие значения коэффициента звукопоглощения в заданном диапазоне частот.

Методы исследования. Теоретические исследования базируется на применении основных положений теории колебании и импедансного метода. Экспериментальные исследования базируются на акустических измерениях с последующей статистической обработкой результатов.

Степень достоверности. Достоверность результатов математических исследований акустических характеристик материала MP подтверждена результатами проведённых экспериментов. Проведена оценка неопределённости результатов измерений акустических характеристик в импедансной трубе в соответствии с ГОСТ Р 50.2.038-2004 и показано, что погрешность измерений коэффициента звукопоглощения не превышает 4,5 %. Экспериментальные исследования проведены на поверенном оборудовании аккредитованной акустической измерительной лаборатории с использованием современных методик сбора и обработки исходной информации.

Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались: на международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития двигателестрое-ния» (г. Самара 2011, 2014 гг.), международном экологическом конгрессе ELPIT (г. Тольятти, 2011 г.), международном социально-технологическом форуме «Безопасность. Технологии. Управление» SAFETY (г. Тольятти 2011, 2013 гг.), Международной научной конференции «Колебания и волны в механических системах» (г. Москва, 2012 г.), XIX Всероссийской научно-технической конференции по не-разрушающему контролю и технической диагностике (г. Самара, 2011 г.), симпозиуме «Самолетостроение России. Проблемы и перспективы» (г. Самара, 2012 г.), международном научно-техническом форуме, посвященном 100-летию ОАО

«Кузнецов» и 70-летию СГАУ (г. Самара, 2012 г.), международной научно-технической конференции «Динамика и виброакустика машин» (г. Самара, 2012, 2014 гг.), XIX международном конгрессе «International congress on Sound and Vibration (ICSV19)» (Bangkok, Thailand, 2012 г.), XX международном конгрессе «International congress on Sound and Vibration (ICSV20)» (Vilnius, Lithuania, 2013 гг.), XXI международном конгрессе «International congress on Sound and Vibration (ICSV21)» (Beijing, China, 2014 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 42 научные работы, в том числе 8 работ опубликовано в изданиях, определённых в перечне ведущих рецензируемых научных журналов и изданий ВАК, из них 4 работы опубликовано в изданиях, индексируемых в базе данных Scopus, кроме того имеется одно свидетельство о регистрации программы;

Личный вклад соискателя. Диссертация написана по результатам исследований, выполнявшихся в СГАУ в период с 2010 по 2014 гг. непосредственно автором. Доля автора в исследованиях составляет от 60 до 90 %. Доля автора диссертации в статьях в соавторстве составляет от 40% до 75%.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников из 77 наименований. Общий объем диссертации 126 страниц, 95 рисунков и 9 таблиц.

1 Анализ основных направлений снижения шума ГТД

В настоящем разделе представлен анализ основных источников шума ГТД, выявлены наиболее интенсивные источники шума и рассмотрены основные методы борьбы с ними. Показано, что в настоящее время эффективным методом борьбы с шумом ГТД является использование звукопоглощающих конструкций (ЗПК), основанных на использовании сотового заполнителя [19, 40, 41]. Одним из их недостатков является резонансный характер звукопоглощения сотовых конструкций [44, 55]. Для расширения частотного диапазона таких ЗПК предложено использование в качестве звукопоглощающего элемента конструкций из пористых материалов, в том числе разработанного в Куйбышевском авиационном институте материала МР [9, 26]. Для проработки этой гипотезы проведен анализ основных пористых металлов и выявлены как положительные, так и отрицательные стороны применения данных материалов в ЗПК ГТД.

1.1 Анализ основных источников шума ГТД

Акустическое поле самолета формируется из отдельных источников шума. Основными источниками шума самолета на местности являются его движители (воздушные винты - для самолетов с ТВД, реактивные струи СУ - для самолетов с ТРД и ТРДД), лопаточные машины (вентилятор, компрессор, турбина) газотурбинного двигателя [1, 34, 35, 36, 73].

Лопаточные машины ГТД генерируют шум с дискретным и непрерывным по частоте спектрами, по шумности доминирует излучение с дискретным спектром на гармониках частоты следования лопаток рабочих колес (частоты 1000-4000 Гц) и на гармониках роторной частоты (сверхзвуковые вентиляторы, область частот 500-2000 Гц) [41].

Газотурбинный двигатель является сложным источником шума. Акустическое излучение генерируется во всех элементах двигателя: вентиляторе, компрессоре, камере сгорания, турбине и в реактивном сопле. Мощным источником шума

является реактивная струя, излучение которой образуется при ее смешении с окружающей средой, т. е. вне двигателя. Доля шума источников в общем шуме двигателя зависит от типа двигателя: турбореактивный (ТРД) или турбореактивный двухконтурный (ТРДД) и от степени двухконтурности ТРДД [41, 73].

Акустическое поле газотурбинного двигателя представляет собой акустическое поле отдельных источников шума, таких как лопаточные машины (вентилятор, компрессор, турбина), камера сгорания, реактивная струя (рисунок 1.1.) [12,41].

|Нтгжая степень двухконтурности |Высокая степень двухконтурности

|Компрессор

Турбина и камера сгорания |

| Вентилятор компрессор

I Турбина и

Рисунок 1.1 - Основные источники шума в зависимости от степени двухконтурности газотурбинного двигателя

У двигателя с низкой степенью двухконтурности преобладающим источником является шум реактивной струи, а шум турбины и камеры сгорания остаются в акустической тени. В современных газотурбинных двигателях с большой степенью двухконтурности основным источником является шум вентилятора. Шум турбины с камерой сгорания оказывает значительное влияние на общий шум с ГТД. А шум реактивной струи в таких двигателях по сравнению с ГТД с низкой степенью двухконтурности оказывает меньшее влияние на формирование общего уровня шума.

Уровень шума ГТД типа НК-86, ДЗОК, со степенью двухконтурности m = 1.1 - 2.4 достигает до 105 дБ при наземном испытании (рисунок 1.2) [41].

L, дБ_

100 95 90 85

80

50 100 200 W0 800 1600 3150 6300 f. Гц

Рисунок 1.2 - Спектры шума двигателей на посадочном режиме

В современном газотурбинном двигателе с высокой степенью двухконтурности вентилятор является не только основным источником шумности двигателя, но и основным источником акустической энергии. Например, уровень акустической мощности вентилятора двигателя типа Д-36 (степень двухконтурности ~ 5.5) (рисунок 1.3) на взлетном режиме работы является самым высоким по сравнению с другими источниками шума и превышает уровень мощности излучения реактивной струи на ~ 4-5 дБ. В то же время у ТРДД с низкой степенью двухконтурности типа НК-86 (ш = 1.3) даже при взлетном режиме работы уровень акустической мощности вентилятора ниже мощности реактивной струи на величину до 10 дБ (рисунок 1.4) [35, 36, 48, 49].

Lw, дБ

150

%0

130

120

Вей тилятор

Реакт. сг ЩЯ

у + - Турбина

< ✓ * У * У У / * ~~~Каме1 о а его ран и 7

У У

1300 2600 3900 5200 6500 Я Кг

Рисунок 1.3 - Акустическая мощность основных источников шума двигателя Д-36

160

150

ПО

Реак. струя 1 Кпмрпп ГР.ПППНИЯ

^----

** -—'

Вентилятор

'У j-JUUl /и

—

6000 7000 8000 9000 10000 11000 Я кг

Рисунок 1.4 - Акустическая мощность основных источников шума

двигателя НК-86

В основе аэродинамического шума вентилятора турбореактивного двигателя лежат детерминированные и случайные процессы, характеризующие силовое взаимодействие лопаток рабочего колеса (РК) и спрямляющего аппарата (СА) с потоком воздуха. Это взаимодействие осуществляется в процессе преобразования энергии вращения лопаток рабочего колеса в энергию движения среды через рабочее колесо, при взаимодействии потока с лопатками спрямляющего аппарата, при прохождении твердого тела лопаток через упругую воздушную среду.

Широкополосный шум возникает на всех рабочих частотах вращения и их гармониках и распространяется в ГТД как в переднюю, так и в заднюю полусферы [41, 74]. Спектр его в дальнем звуковом поле сравнительно ровный, не имеет преобладающих частотных составляющих. У широкополосного шума случайный характер, он описывается осредненными во времени характеристиками (суммарной мощностью или суммарным уровнем звукового давления) и формой спектра. Широкополосный шум (без средств шумоглушения вентилятора) имеет значительно меньшую интенсивность по сравнению с дискретным шумом.

Широкополосный шум вентилятора обусловлен взаимодействием случайной неоднородности потока с профилями лопаточных венцов. Возможными источниками широкополосного шума являются [41, 75]:

- срыв вихрей с лопаток РК и СА;

- взаимодействие между турбулентностью во входном потоке и полями давлений на лопатках РК и СА;

- взаимодействие между полями давлений на лопатках РК и СА и турбулентными пограничными слоями на стенках корпуса вентилятора и т. д.

Рассмотрим основные особенности формирования шума турбины ГТД.

При полете самолета на режиме захода на посадку, когда двигатели работают на пониженных дроссельных режимах, акустическое излучение турбины ГТД может оказывать влияние на общий уровень шума самолета в контрольной точке на местности. Это особенно заметно у самолетов с ГТД с высокой степенью двух-контурности (рисунок 1.3), у которых в выхлопном тракте газогенератора отсутствуют звукопоглощающие материалы.

В связи с этим изучение закономерностей и механизмов генерации шума турбиной ГТД представляет определенный практический интерес. Шум турбины обычно исследуется в экспериментах двух типов: при работе турбины в системе двигателя, либо при работе изолированной ступени. В первом случае возможен комплексный учет влияния многочисленных параметров на суммарное акустическое поле турбины, однако затруднено независимое изменение этих параметров. Во втором случае мы имеем обратную картину. В связи с этим экспериментальные данные, как правило, не обладают необходимой степенью общности для построения надежных аналитической или эмпирической методик расчета дальнего акустического поля турбин, работающих в системе ТРДД.

1.2 Анализ основных методов снижения уровня шума ГТД

Основные методы снижения шума газотурбинного двигателя можно рассматривать как применительно к вновь создаваемым малошумным двигателям, так и существующим серийным изделиям. При создании новых ГТД необходимо выбирать такие параметры рабочего процесса, степени двухконтурности, схемы программы регулирования и отдельные конструктивные параметры, которые обеспечивают минимальный шум. Кроме того, при конструировании этих двигателей необходимо предусмотреть дополнительные решения по снижению шума, такие как установка шумоглушащих сопел, регулирование площадей сечения сопел, акустическая обработка входных и выходных каналов вентилятора и мотогондолы и другие [1,41].

Модификация существующих серийных двигателей с целью их акустической доводки имеет более ограниченные возможности. Она может включать в себя отдельные конструктивные решения, направленные на улучшение характеристик шума реактивных струй и вентилятора. К числу таких решений относится, акустическая оптимизация конструкции ступени вентилятора [41], установка шумоглушащих сопел, запирание входного устройства, изменение конфигурации

входных и выходных каналов, применение акустической обработки с дополнительной установкой колец и разделителей потока и т.п.

Рациональная компоновка силовой установки на самолете предполагает использование положительных эффектов экранирования прямого акустического излучения. Установка двигателей над крылом или на фюзеляже (за крылом и выше него) уменьшает шум компрессора, особенно на посадочном режиме. Характеристики излучения и распространения шума могут быть существенно изменены путем применения ассиметричных входных и выходных устройств. Поскольку земли достигают лишь звуковые волны, излучаемые в полете в нижнюю полусферу, то для снижения шума используют любые средства, отражающие большую часть шума вверх и в стороны. В частности, в качестве таких средств могут рассматриваться сопла некругового сечении, воздухозаборники с выдвижными элементами или поворотными сегментами и т.п.

Конструктивные решения должны быть направлены на ослабление шумо-образования или исключение отдельных источников шума и рассеяние акустической энергии на пути ее распространения. Они могут улучшать акустические характеристики как в диапазоне расчетных условий эксплуатации, так и на отдельных нерасчетных режимах работы ГТД. Применение тех или иных устройств для снижения шума ГТД определяется в значительной мере конструктивными особенностями двигателя. Однако выбор типа и схемы устройства для снижения шума ГТД также оказывает влияние на конструкцию двигателя.

В настоящее время известно много методов и соответствующих конструктивных решений, направленных на снижение шума ГТД. На рисунке 1.5 перечислены некоторые методы и основные устройства, используемые для снижения шума ТРДД в источниках образования и на пути его распространения.

Рассекатели и тур дули-заторы бнутри сопла

Турдулизаторы на срезе сопла_

Вдув в поток вторич-ного воздуха_

Асимметричные сопла

Рядные сопла

Сопла с экранами

К

I

О

я

(VI

I

О

о В О

ю я Е

о>

о §

о И

¡а

п> ¡35

Р

Впрыск воды

Регулирование сопел

Применение ЗПК

Введение в струю резонаторов

Установка разделителей потока

Оптимизация зазорой между рабочим колесом и спрямляющим аппаратом

Оптимизация количестба лопаток рабочего колеса и стремляющего аппарата

Уменьшение количестба ступений_

§ §

■5 й Й ^Й § § Й-£

в I

5 § §

I

ш § I §

в ^ з _' ^

N

ЕВ Ж б к

й Ь' Ф Сэ 5) 3;

1 1

Разнесение ступеней по каскадам

К

Применение ЗПК

Регулирование Сходного устройства

Са ёГ са

й» с

5 1 § ^ г? § 1

1 $ Сз

1

с*

§! Ц

с§ 50 &>

й Й

-И

* 3*

й 5 ^

9

1 I

1 I

I

|

1

I |

I I

| |

1

§

Регулиробоние реактибных сопел

Перепуск боздуха между I контурами_

§

Снижение общего шума двухконтурного ГТД может быть достигнуто путем заглушения реактивных струй или вентилятора (в зависимости от того, какой из этих источников является доминирующим) или реактивных струй и вентилятора одновременно, если уровни их шума соизмеримы. Снижение шума вентилятора достигается применением модифицированной конструкции ступени, рациональных схем, совершенствованием программы регулирования двигателя, а также применением акустической обработки [1,4,12].

1.3 Анализ эффективности звукопоглощающих конструкций (ЗПК)

Снижение шума вентилятора на пути распространения от источника (ступени) до входного отверстия воздухозаборника и среза сопла вентиляторного контура можно достичь путем облицовки поверхностей каналов ГТД звукопоглощающей конструкцией. Этот метод можно успешно применять как при создании новых двигателей, так и при модификации существующих [41, 69].

Облицовка обычно имеет вид панелей, в которых большое число замкнутых полостей заключено между жёсткой стенкой и пористым слоем, обращенным к потоку (рисунок 1.6). В качестве пористого слоя используют перфорированный лист и прилегающую к нему густую металлическую сетку или фибер- металл, представляющий структуру беспорядочно сцепленных металлических волокон. Уменьшение шума в облицованном канале происходит вследствие рассеяния энергии акустического излучения в замкнутых полостях панелей и соединяющих их с каналом протоках, работы на сжатие воздуха, приведения его в колебательное движение и трения в многочисленных протоках.

Звукопоглощающая конструкция должна удовлетворять акустическим, аэродинамическим и прочностным требованиям. Обеспечивая снижение звуковой энергии, она не должна ухудшать рабочие характеристики ГТД. Прочность ЗПК необходима для обеспечения продолжительного срока службы [49, 55].

В настоящее время разработаны и созданы различные схемы и варианты ЗПК. ЗПК, применяемые для снижения дискретного шума, обладают характеристиками избирательного ослабления в отдельных полосах частот. Акустическая эффективность таких облицовок может быть весьма высокой [19, 20].

-с Ж II Л П ^

110 -без ЗПК |_|---- юо

100

90

80 70

-с ЗПК -без ЗПК

к

N \л

50 100 200 500 1000 2000 5000 f, Гц 50 100 200 500 1000 2000 5000 ¿ Гц а б

Рисунок 1.7 - Снижения шума при применении облицовывания ЗПК мотогондолы на максимальном (а) и пониженном (б) режимах работы двигателя

На рисунке 1.7 показано ослабление шума в каналах вентиляторного контура ГТД, поверхности которых подвергнуты акустической обработке. Стенки входного устройства и вентиляторного канала могут облицовываться панелями, обеспечивающими максимальное поглощение шума на частотах следования лопаток вентилятора на режимах взлета и снижения на посадку, рисунок 1.7 показывает, что максимальный уровень шума соответствует частотам от 2 кГц и выше. При этом используются панели с несколькими резонансными частотами. Получение наибольшего звукопоглощения зависит от правильного выбора пористости материала облицовки, характеристик резонаторов, или применяемых звукопоглощающих материалов при заданной частоте излучения, длины облицовки и высоты канала. Наиболее важным параметром является при этом соотношение высоты канала и длины звуковой волны, что иллюстрируется зависимостями, приведенными на рисунке 1.8 [41].

Рисунок 1.8- Расчетные зависимости затухания звука в канале прямоугольного сечения от его высоты в поперечном сечении

Если размеры в поперечном сечение превышают длину волны, то облицовка каналов оказывается неэффективной. Поэтому возникает необходимость в разделении пространства между стенками воздухозаборника на более мелкие отсеки с использованием колец и разделителей потока. Эффективность шумопоглощения повышается с уменьшением расстояния между облицованными поверхностями. В этом случае облицовка каналов оказывается эффективной. Эффективность шумопоглощения повышается с уменьшением расстояния между облицованными поверхностями. На ряде двигателей разделители потока, облицованными ЗПК, устанавливаются как во входном устройстве, так и в каналах вентиляторного контура [41].

Практика показывает, что при установке ЗПК для снижения шума при посадке на 10 - 15 РЫ дБ требуется увеличить длину мотогондолы примерно на один диаметр. С одной стороны, это приводит к снижению внешнего сопротивления мотогондолы, а с другой, к изменению ее конструкции. Увеличить длину акустически обрабатываемых поверхностей вентиляторного контура можно, не удлиняя мотогондолу, путем включения вентилятора в каскад промежуточного или высокого давления[9, 40].

Облицовка ЗПК применяется также для снижения шума, распространяющегося в каналах выхлопных устройств. Особенностью облицовок выхлопных каналов является обеспечение поглощения звуковой энергии в широком диапазоне частот, что достигается соответствующим подбором многокамерных резонаторов и свойств звукопоглощающих материалов. Кроме того, облицовка выхлопных каналов должна работать в условиях высоких температур и иметь минимальное гидравлическое сопротивление.

Во время посадки самолета в точке контроля шума наблюдаются два последовательных максимума шума: со стороны входа в двигатель и со стороны выхлопных каналов. Облицовкой обоих каналов можно достичь снижения шума самолета до 15 PN дБ [29, 35].

Метод снижения шума с помощью звукопоглощающих облицовок является пассивным, он не требует изменения конструкции турбокомпрессорного узла и не

нуждается в механизации. Основные его недостатки связаны с возможностью разрушения облицовок при эксплуатации в различных погодных условиях.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Сафин, Артур Ильгизарович, 2014 год

Список использованных источников

1 Авиационная акустика [Текст]. В 2 ч. Ч. 1. Шум на местности дозвуковых пассажирских самолетов и вертолетов / А.Г. Мунин, В.Ф. Самохин, Р.А. Шипов [и др.]; под общ. ред. А.Г. Мунина. - М.: Машиностроение, 1986. - 248 с.

2 Адлер, Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий [Текст] / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский. - М.: Наука, 1976. -278 с.

3 Алиев, Т. М. Измерительная техника: Учеб. пособие для техн. Вузов [Текст]/ Т.М.Алиев, А. А. Тер-Хачатуров. - М.: Высш. шк., 1991. - 384 с.

4 Аэрогидромеханический шум в технике [Текст]. Пер. С. Л. Вишневского; Под ред. Р. Хиклинга. - М.: Мир, 1980. - 336 с.

5 Баумайстер, К. Дж. Расчет оптимизированных многосекционных акустических облицовок [Текст] / К. Дж. Баумайстер - М.: Ракетная техника и космонавтика, 1979. - № 11. - С. 41.

6 Белов C.B. Пористые металлы в машиностроении 2-е изд., перераб. и допол. [Текст]/ C.B. Белов - М.: Металлургия, 1981.- 247 с.

7 Белов, А.И. Затухание звука в трубах с поглощающими стенками [Текст] // ЖТФ, 1938. - Т.8. - С. 752 - 755.

8 Белоусов, А. И. Исследование гидродинамических и фильтровальных характеристик пористого материала MP [Текст] / А.И. Белоусов, Е. А. Изжеуров, А. Д. Сетин // Вибрационная прочность и надежность двигателей и систем летательных аппаратов - Куйбышев: 1975. Вып 2. - С. 70-80.

9 Белоусов, А. И. Конструктивные методы снижения шума авиационных двигателей [Текст]: Учебное пособие./ А.И. Белоусов, И.С. Загузов - Куйбышев: КуАИ, 1982.-96 с.

10 Богданов, С. А., Шахматов Е.В., Крючков А.Н., Назаров О.В., Звукопоглощающая конструкция с перфорированным заполнителем в виде складчатой структуры. Патент на полезную модель №61353 от 27.02.2007.

11 Боголепов И.И. Архитектурная акустика [Текст]/И.И. Боголепов.- СПб: Судостроение, 2001. - 227 с.

12 Бурдзал, Е. А. Вентиляторный шум. Расчёт, исследование и возможности его снижения [Текст]/ Е.А. Бурдзал, Р.Х. Ирбан -Тех.отчёт фирмы Пратт-Уитни, перевод КМЗ. - 1972. - 179 с.

13 Визуализация виброакустических процессов в энергетических и транспортных объектах [Текст]/ Е.В. Шахматов, A.A. Иголкин, А.И. Сафин, Г.М. Ма-карьянц // Колебания и волны в механических системах: сб. Междунар. науч. конф. - Москва, 27-29 ноября 2012. - С. 77.

14 Голдстейн, М. Е. Аэроакустика [Текст]: Пер. с. англ. - М.: Машиностроение, 1981.-294 с.

15 ГОСТ 12.1.025. - 81. Шум. Определение шумовых характеристик источников шума в реверберационной камере [Текст] - Введ. 1981-02-27. - М.: Издательство стандартов, 1981. -23 с.

16 ГОСТ 31704. - 2011. Материалы звукопоглощающие. Методы измерения звукопоглощения [Текст] - Введ. 2011-12-08. - М.: Издательство стандартов, 2011.-23 с.

17 ГОСТ Р 50.2.038. - 2004 Оценивание погрешностей и неопределенности результата измерений [Текст] - Введ. 2004-10-27. - М.: Издательство стандартов, 2004. - 7 с.

18 ГОСТ Р ЕН 29053. - 2008 Материалы акустические. Методы определения сопротивления продуванию потоком воздуха [Текст] - Введ. 2008-03-13. - М.: Издательство стандартов, 2008. - 14 с.

19 Загузов, И. С. Акустика газовых потоков в каналах со звукопоглощающими стенками [Текст]: Учебное пособие./ И.С. Загузов, А.И. Ицкович, А.П. Комаров - Куйбышев: Куйбышевский государственный университет, 1986. - 85с.

20 Загузов, И.С. О снижении уровней пульсаций, вибраций и шума в гидравлических и топливных системах. Динамические процессы в силовых и энергетических установках летательных аппаратов [Текст] / И.С. Загузов. - Самара, 1994.-С. 69-74.

21 Звукопоглощение. Методы измерений [Электронный ресурс]. - Электр, текстовые и граф. данные (4,6 Мбайт, печатный аналог - 3,5 п.л.): учебное посо-

бие/ Иголкин, JI.B. Родионов, Е.В.Шахматов., А.И. Кох. / - Самара: Самар. гос. аэрокосм, ун-т, 2012.-1 электр. опт. диск (CD ROM).

22 Иванов, Н. И. Основы виброакустики. [Текст]/ Н.И. Иванов, A.C. Никифоров - СПб: Политехник, 2000. - 428 с.

23 Иголкин, A.A. Бесконтактная регистрация и анализ вибрации изделий машиностроения с помощью трехкомпонентного лазерного виброметра [Текст] / A.A. Иголкин, Г.М. Макарьянц, А.И. Сафин, А.Н. Крючков, Е.В. Шахматов // Прикладная физика. - 2013. - С. 49-53

24 Иголкин, A.A. О применении различных типов микрофонов при измерениях в импедансной трубе [Текст] / A.A. Иголкин, А.И. Сафин, Е.В. Шахматов // Вектор науки ТГУ / Тольяттинский гос. ун-т. - 2011. - Вып. 2(16) - С. 49-51.

25 Изжеуров Е.А. Исследование гидродинамических и фильтровальных характеристик упруго пористого материала МР для систем двигателей летательных аппаратов: дис. канд. техн. наук: 05.07.05: защищена 1975 г.: - Куйбышев, 1975.- 191 с.

26 Изжеуров Е.А. Формирование элементов конструкций гидродинамического тракта энергетических установок из упруго пористого материала МР [Текст]/ Е.А. Изжеуров.-М.: Машиностроение, 2001.-284 с.

27 Ионов A.B. Средства снижения вибрации и шума на судах [Текст]/ A.B. Ионов. - СПб: ЦНИИ им. акад. А. Н. Крылова, 2000, 348 с.

28 Исследование акустических характеристик материала МР [Текст] / А.А Иголкин, Е.А. Изжеуров, Цзян Хунюань [и др.] // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С.П. Королёва. -2006. -№ 2(10) Ч. 2 - С. 165-169.

29 Ицкович, А. И. Экспериментальное исследование акустической эффективности плоских однослойных и двухслойных звукопоглощающих конструкций. [Текст] /А.И. Ицкович// Проектирование и доводка авиационных газотурбинных двигателей: м. сб. Куйбышев; - КуАИ, 1982. - С.103-110.

30 Карнаухов, А.П. Адсорбция. Текстура дисперсных и пористых материалов [Текст] / А.П. Карнаухов. - Новосибирск: Наука. Сиб. Предприятие РАН, 1999.-470 с.

31 Колесников, А.Е. Шум и вибрация [Текст] / Учебник. - JL: Судостроение, 1988. - 242 с.

32 Коллинз, Р. Течение жидкостей через пористые материалы [Текст]/ Р. Коллинз -М.: Мир, 1964. 350 с.

33 Комплексное решение проблем виброакустики изделий машиностроения и аэрокосмической техники [Текст]// Е.В. Шахматов: LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH&CO.KG 2012. - 81 с.

34 Кузнецов, B.M. Проблемы снижения шума пассажирских самолетов (обзор) [Текст]/ В.М. Кузнецов - Москва: Акустический журнал, 2003. - Т.49. - №3. -С. 293-317

35 Кузнецов, Н. Д. Опыт разработки двигателей для пассажирских самолетов с учетом их акустических характеристик. [Текст]/ Н.Д. Кузнецов, И.С.Загузов//- Тр. ЦАГИ, 1982. - Вып. 2185. - С. 12 - 25

36 Кузнецов, Н. Д. Проблемы акустической отработки ГТД. [Текст]/ Н.Д. Кузнецов, И.С. Загузов // Физические методы исследования шумообразования и акустическая диагностика в машиностроении. - Куйбышев, 1978, С. 104-106.

37 Лагунов, Л.Ф. Борьба с шумом в машиностроении [Текст] / Л.Ф. Лагунов, Г.Л. Осипов. - М.: Машиностроение, 1980. - 150 с.

38 Лейбензон, Л.С. Движение природных жидкостей и газов в пористой среде [Текст]/ Л.С. Лейбензон - М.: Машиностроение, 1947. - 244 с.

39 Лопашев, Д.З. Методы измерения и нормирования шумовых характеристик [Текст] / Д.З. Лопашев, Г.Л. Осипов, E.H. Федосеева. - М.: Изд-во стандартов, 1983.-232 с.

40 Мунин, А.Г. Аэродинамические источники шума [Текст] / А.Г. Мунин, В.М. Кузнецов, Е.А. Леонтьев. -М.: Машиностроение, 1981.-248 с.

41 Мхитарян, A.M. Снижение шума самолетов с реактивными двигателями [Текст]/ A.M. Мхитарян, В.Г. Ененков, Б.Н. Мельников, В.И. Токарев, И.П. Шмаков. - М.: Машиностроение, 1975. - 263 с.

42 Поварков, В.И. К вопросу о точности акустических измерений на стенде со сдвоенной реверберационной камерой. [Текст]/ В.И. Поварков, Ю.Д. Халец-кий // Шум реактивных двигателей: Труды ЦИАМ, 1983. - Вып. 1031. - С. 21-36.

43 Резник C.B. Передовые технологии производства [Текст] / C.B. Резник. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 254 с.

44 Сафин А.И. Некоторые аспекты исследования акустических характеристик материала "металлорезина", полученного с использованием зиговки исходной проволоки [Текст]/ А.И. Сафин, A.A. Иголкин, М.В. Дегтярев, Е.А. Изже-уров, Е.В. Шахматов. - Тольятти: Вектор науки ТГУ, 2012. 46-48 с.

45 Сафин А.И. Применение пористого материала «металлорезина» в гидрогазовых системах энергетических установок для шумоподавления и термостабилизации [Текст]/ А.И. Сафин, A.A. Иголкин, Е.А. Изжеуров, Е.В. Шахматов -СПб: Судостроение, 2012, 46-48 с.

46 Сафин, А.И. Разработка математической модели акустических характеристик упругопористого материала «металлорезина» [Текст] /А.И. Сафин, A.A. Иголкин // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С.П. Королёва. - Самара, 2012. - № 3 (2). - С. 69-74.

47 Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013610121 от 09.01.2013. Российская Федерация. Программа для измерений акустических характеристик материалов и конструкций в импедансной трубе [Текст] / Сафин А.И., Иголкин A.A., Гаспаров М.С.; заявитель и патентообладатель федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Самарский государственный аэрокосмический университет им. акад. С.П. Королева (национальный исследовательский университет)» (СГАУ) (RU). - № 2012619881; заявл. 15.11.2012; опубл. 09.01.2013. - 1с.

48 Соколова, H.A. Исследование на открытом стенде акустических характеристик двухконтурного двигателя Д-ЗОК. [Текст]/ H.A. Соколова, Р.Д. Филипо-ва, P.A. Шипов // Шум реактивных двигателей: Труды ЦИАМ, 1980. - Вып. 901.-С. 21-36

49 Соркин, Л. И. Акустические проблемы снижения шума реактивных двигателей. - VI конференции по авиационной акустике. [Текст]/ Л.И. Соркин, P.A. Шипов, В.И. Щербаков - Пленарные доклады. ЦАГИ, 1979. - С. 61-63.

50 Справочник по звукопоглощающим материалам и конструкциям [Текст]/ под ред. проф. И.Г. Дрейзена. -М.: Гудок, 1967. - 91 с.

51 Справочник по контролю промышленных шумов [Текст]: Пер. с англ./Пер. Л. Б. Скарина, Н. И. Шабанова; Под ред. д-ра техн. наук проф. В. В. Клюева. -М.: Машиностроение, 1979. - 447 с.

52 Справочник по судовой акустике [Текст] / Под общей редакцией д.т.н. И. И. Клюкина и к. т. н. И. И. Боголепова. - Л.: Судостроение, 1978. - 503 с.

53 Справочник по технической акустике: Пер. с нем.; Под редакцией М. Хекла и X. А. Мюллера [Текст]. - Л.: Судостроение, 1980. - 440 с.

54 Финкельштейн, А.Б. Теория и практика получения пористых отливок из алюминиевых сплавов пропиткой [Текст]: дис... д-ра техн. наук: 06.16.04 / Финкельштейн Аркадий Борисович. - Екатеринбург, 2010.-338 с.

55 Халецкий, Ю. Д. Экспериментальное исследование поглощения звука в канале со звукопоглощающей облицовкой при наличии потока. [Текст]/ Ю.Д. Халецкий, P.A. Шипов // Аэроакустика, М.: Наука, 1979. - С.101 -108.

56 Шорин, В.П. Гидравлические и газовые цепи передачи информации [Текст]: учебник для вузов / В.П. Шорин, А.Г. Гимадиев, Н.Д. Быстров. - Самара: СГАУ, 2004.-332 с.

57 Юдин, Е.Я. Борьба с шумом [Текст] / Е.Я. Юдин. - М.: Изд-во литературы по строительству, 1964. - 702 с.

58 Allard, J.F. New empirical equations for sound propagation in rigid frame fibrous materials [Текст]/ Y.Champoux// J. Acoust. Soc. Am., vol. 91, 1992, pp. 33463353.

59 Allard, J.F. Propagation of sound in porous media [Текст] / J.F. Allard// Elsevier Applied Science. 1993. pp. 117-129.

60 Beranek, L.L. Noise and Vibration Control Engineering: Principles and Applications / L.L. Beranek // Second Edition, Istvan, 2006.

61 Bies, D.A. Flow resistance information for acoustical design [Текст] / C.H.Hunsen // Appl. Acoust. 13, 1980, pp. 357-391.

62 Biot, M.A. Generalized theory of acoustic propagation in porous dissipative media [Текст] / M.A. Biot // Journal of Acoustical Society of America 34. 1962. pp. 1254-1264.

63 David A. Bies Engineering noise control [Текст ]/ A. Bies David, Colin H. Hansen - London and New York: Spon Press, 2009, 768 p.

64 Delany, M.A. Acoustic properties of fibrous absorbent materials [Текст]/ M.A. De-lany, E.N. Bazley // Appl. Acoust. 3, 1970. 105-116.

65 Dunn, LP. Calculation of acoustic impedance of multi-layer absorber [Текст] / W.A.Davern//Appl. Acoust. 19, 1986, pp. 321-334.

66 Hydrodynamic noise dampener with metal rubber [электронный ресурс] / A.I. Safin, M.A. Ermilov, A.A. Igolkin [et al.j // The 21st International Congress on Sound and Vibration (ICSV 21): The international institute of Acoustics and Vibration July 13-15. - Beijing, China. - 2014.

67 ISO 10534-1 - 1996. Acoustics: determination of sound absorption coefficient and impedance in impedance tubes. Part 1: Method using standing wave ratio.

68 ISO 10534-2 - 1998. Acoustics: determination of sound absorption coefficient and impedance in impedance tubes. Part 2: Transfer-function method.

69 Khaletskiy Y. Acoustic response of a fan duct liner including porous material [электронный ресурс] Y. Khaletskiy, Y. Pochkin, A. Igolkin // The 20st International Congress on Sound and Vibration (ICSV 20) July 7 - 11 - Bangkok, Thailand..-2013.

70 Makaryants G.M., Gafurov S.A., Zubrilin I.A., Kruchkov A.N., Prokofiev A.B., Shakhmatov E.V. Design methodology of hydrodynamic noise silencer. 20th International Congress on Sound and Vibration 2013, ICSV 2013 Volume 3, 2013,

Pages 2531-2536

71 Narang, P.P. Material parameter selection in polyester fibre insulation for sound transmission and absorption [Текст]/ P.P. Narang// Appl. Acoust. 45, 1995, pp. 335-358.

72 Safin, A. I. Some research aspects of acoustic characteristics of metal rubber produced with new technology [электронный ресурс] / A. I.Safin, A. A. Igolkin, M.V. Degtyarev // The 21st International Congress on Sound and Vibration (ICSV 21)/ The international institute of Acoustics and Vibration July 13-15.. - Beijing, China-2014.

73 Smith, Michael J. T. Aircraft noise [Текст]/ J. T. Smith, Michael // Cambridge University Press, 1989. 359 pp.

74 Stryczek J. Visualisation research of the flow processes in the outlet chamber-outlet bridge-inlet chamber zone of the gear pumps [Текст]/ Stryczek J., Antoniak P., Jakhno O., Kostyuk D., Kryuchkov A., Belov G., Rodionov L. - Wroclaw, Poland: Archives of Civil and Mechanical Engineering, 2014, 14 p. [Электронный pecypc].URL:http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S 164496651400047 (дата обращения: 07.05.2014).

75 V. Povarkov, Yu. Khaletskiy, R. Shipov. Experimental study of sound attenuation in ducts with various relative positions of lined sections located at opposite duct walls. Proceeding of the 11th International Congress on'Sound and Vibration, St. Petersburg, 1053-1059, (2004).

76 Vigran, Т.Е. Building Acoustics [Текст]/ Т.Е. Vigran // Taylor & Francis, 2008. 362 pp.

77 Voronina, N. An empirical model for rigid-frame porous materials with low porosity [Текст]/N. Voronina// Applied Acoustics 58. 1999, pp. 295-304.