Разработка эффективных звукопоглощающих конструкций для снижения шума газотурбинных двигателей и энергоустановок

• Автор: Богданов, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 158 с. : ил.

1. Анализ основных направлений снижения шума современных газотурбинных двигателей
1.1 Анализ основных источников шума современных газотурбинных двигателей
1.2 Анализ основных методов снижения уровня шума современных ГТД
1.3 Анализ существующих звукопоглощающих конструкций и их
эффективности
1.4 Цель и задачи исследований
2. Разработка ЗПК с широким диапазоном звукопоглощения
2.1 Анализ возможности расширения диапазона эффективного
звукопоглощения сотовыми звукопоглощающими конструкциями и
применения складчатых структур в качестве заполнителя резонансных звукопоглощающих конструкций
2.2 Разработка методики выбора типа и параметров ЗПК в зависимости от условий эксплуатации, режима работы и типа ГТД
2.3 Математическая модель для расчета акустических характеристик
звукопоглощающих конструкций со складчатым заполнителем
2.4 Методика численного моделирования и определения акустических характеристик резонансных звукопоглощающих конструкций в канале
2.5 Разработка звукоизолирующих и комбинированных конструкций со складчатым заполнителем
3 Экспериментальные исследования акустических характеристик конструкций со складчатым заполнителем
3.1 Исследование влияния конструктивных параметров ЗПК на эффективность звукопоглощающих конструкций методами численного моделирования
3.2 Описание экспериментальных установок, использованных для определения акустических характеристик звукопоглощающих конструкций и звукоизолирующих панелей
3.3 Экспериментальное исследование влияния режима работы ГТД и конструктивных параметров ЗПК на эффективность звукопоглощающих конструкций

3.4 Экспериментальное исследование звукоизоляционных характеристик
конструкций со складчатым заполнителем 4 Практическое внедрение результатов работы
4.1 Применение разработанных ЗПК для снижения шума авиационных ГТД
4.2 Разработка системы снижения шума ГПА «НЕВА-25» с газотурбинным 114 двигателем НК
4.3 Разработка системы снижения шума газотурбовоза ГТ1 с газотурбинным 127 двигателем НК
4.4 Разработка системы снижения шума холодильной машины, используемой 135 в центральных системах кондиционирования
4.5 Разработка системы снижения шума компрессорного отсека с 142 комбинированным забором воздуха
Основные результаты и выводы по работе
Список использованных источников

В настоящее время газотурбинные двигатели (ГТД) широко применяются в различных отраслях транспорта и энергетики. Снижение уровня шума ГТД является актуальной задачей и в случае его использования в составе летательного аппарата, и при наземном применении в качестве энергоустановки.
Уровни шума пассажирских самолетов в настоящее время во многом определяют их конкурентоспособность и являются важной технической характеристикой.
Шум самолетов оказывает вредное воздействие на проживающее вблизи аэропортов население, пассажиров и обслуживающий персонал, создает помехи при приеме и передаче информации, вызывает аномалии в работе приборов и электронной аппаратуры. Поэтому шум пассажирских самолётов и вертолётов на местности ограничен национальными стандартами и стандартами Международной организации гражданской авиации ИКАО, а шум в салоне - национальными стандартами. Анализ этих стандартов показывает, что требования по шуму непрерывно ужесточаются, уровень шума у новых самолётов имеет тенденцию к снижению (рисунок В1).

: зоа

* ТурберевкЛИЙИие ЛВИГ8ІС.1Й
Коякорд

707-і Ш
Мід»в сієирнь дв>**вітрнрпи
Ч Сета 4 ф

чч^Взс-П
П>С9
1950

ООЖФІчГ 707-ШВ л ч чСагаУсП. # Ту.,?4 #
х ^.7-ТіХ) 727-20»
Ч і
Ч 747
■37
ф Пт-62 $*#•154
• 747-20» ОСЮ-10 А
Высокая степень эвухконтурййстн
МО-Ю,1Т,,
: м-’о-к»
Як-42 А-310-300 • 767-20» • ф 737-20»
ТО"3** • Ту-154М
,•’*
• #Ы0П 737-300 •

ф д‘:
-А-}4° • Шт т*м
.-ЛИГ-«

1960
1970
198«
1990 _ 2000 2010
Годы начала эксплуатации
Рисунок В1 - Уровень шума мирового парка самолетов Основной и наиболее эффективный путь решения проблемы шума самолетов — это снижение шума в источнике. Газотурбинный двигатель является наиболее мощным источником шума самолетов. Поэтому с целью выполнения требований стандарта ИКАО по шуму помимо традиционных требований: высокий КПД узлов, малый удельный расход топлива, большой ресурс и высокая надежность, - к двигателю в настоящее время добавляется условие малошумности.

Разработанная конструкция сохраняет практически все достоинства сотовых ЗПК (небольшой вес, прочность, жесткость и т.д.), а также расширяет диапазон эффективного звукопоглощения, поскольку в отличие от случая сот в нашем случае нет резонаторов с фиксированной высотой полости, а переменность высоты резонаторов (и в поперечном, и в продольном направлении) сглаживает острый пик затухания шума на резонансной частоте. Поэтому по диапазону эффективного снижения шума (будь то звукопоглощение или звукоизоляция) панель со складчатым заполнителем не уступает панелям на основе пористых звукопоглощающих материалов.
Возможность применения описанной выше простой оснастки для изготовления пространственно-складчатой структуры позволяет легко, дешево и быстро изменять геометрические параметры конструкции для получения других акустических характеристик панелей за счет.
Разработанная ЗПК обладает неизменностью акустических характеристик во времени и устойчивостью к атмосферным воздействиям, что обеспечивает высокий ресурс конструкции. Она обладает стойкостью к загрязнениям, влаге, копоти и т.д.
С точки зрения акустики, материал и форма сот в сотовых конструкциях, практически, не влияют на их акустические характеристики, так как импеданс многослойной конструкции мало зависит от материала сот из-за их расположения - стенки сот параллельны фронту звуковых волн, т.е. практически не препятствуют распространению звука. У панелей на основе складчатого заполнителя стенки, ограничивающие резонансный объем, располагаются не параллельно фронту звуковых волн, а под различными углами и тем самым препятствуют распространению звуковых волн, т.е. импеданс панелей на основе складчатой структуры существенно зависит от материала складчатого заполнителя, его геометрической формы и степени проницаемости. Конструкция звукопоглощающей панели на основе складчатого заполнителя позволяет использовать для изготовления широкий перечень материалов. Складчатую структуру можно изготавливать из бумаги, картона, стеклоткани, металла и многих других материалов. Использование металлических материалов позволяет применять панели в широком диапазоне температур и высокоагрессивных средах. Это свойство важно для применения панелей в выхлопных устройствах газотурбинных установок.
Использование складчатого материала в качестве заполнителя ЗПК позволяет резко снизить их стоимость по причине использования более простой, относительно сот, технологии изготовления. Важно, что разработанная конструкция обладает высокой экологией производства и эксплуатации.