Математическое моделирование генерации тонального шума ТРДД и его распространения в дальнее акустическое поле

• Автор: Усанин, Михаил Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 180 с.

Содержание

Список основных обозначений

Введение.

1 Концептуальная постановка задачи

1.1 Источники шума авиадвигателя.

1.2 Механизмы генерации шума в вентиля торной ступени

1.3 Методы снижения шума двигателя.

1.4 Состояние исследований рассматриваемой проблемы

1.5 Классификация подходов к решению задачи

1.6 Постановка задачи

2 Математическая постановка..

2.1 Задача о роторстатор взаимодействии.
2.1.1 Осредненные уравнения
2.1.2 Классификация моделей турбулентности.
2.1.3 Модель турбулентности ке
2.1.4 подход для моделирования турбулентности
2.1.5 Метод контрольного объема
2.1.6 Граничные условия
2.1.7 Источники тонального шума
2.2 Задача о распространении малых возмущений в каналах
2.2.1 Оптимизированные схемы.
2.2.2 Оптимизированные схемы РунгеКутта.
2.2.3 Обобщение схемы на метод контрольных объемов.
2.2.4 Гармонический случай.
2.2.5 Неотражающие граничные условия.
2.3 Задача о распространении звука в однородной среде
2.3.1 Волновое уравнение Фокс Вильямса Хоукингса.
2.3.2 Аналитическое решение уравнения Фокс Вильямса Хоукингса
2.3.3 Численный метод интегрирования.
3 Решение модельных задач.
З. I Распад одномерного гауссова импульса
3.2 Распад двумерного гауссова импульса.
3.3 Расчет излучения точечного монополя.
3.4 Расчет излучения при обтекании цилиндра
3.5 Расчет шума сверхзвуковой струи.
4 Решение задач генерации и распространения тонального шума применительно к вентиляторной ступени ТРДД.
4.1 Задача о нестационарном взаимодействии вентилятора и спрямляющего аппарата
4.2 Расчет распространения тонального шума в воздухозаборнике ТРДД и
дальнем акустическом поле.
Заключение.
Приложение П1. Расчет эффективного уровня воспринимаемого шума ЕРГ4Ь по данным измерений
Общая методика расчета.
Определение уровня воспринимаемого шума
Математическое описание таблиц ноев
Поправка на неравномерность спектра тональность
Поправка на продолжительность
Приложение П2. Уравнения газовой динамики
Уравнение непрерывности
Уравнение сохранения импульса
Уравнение сохранения энергии.
Уравнения сохранения для идеального газа.
Линеаризованные уравнения Эйлера.
Уравнения в криволинейных координатах
Цилиндрические координаты
Приложение ПЗ. Распространение звука в каналах.
Решение конвективного волнового уравнения в цилиндрическом и кольцевом
каналах
Анализ решения.
Приложение к шуму вентилятора
Список литературы


Реализован численный метод для расчета распространения звука от распределенных по поверхности источников в дальнее акустическое поле, основанный на аналитическом решении волнового уравнения Фокс Вильямса — Хоуки нгса. Методика определения источников тонального шума ротор-статор взаимодействия вентилятора и СА, а также полученные на ее основе результаты для нескольких вариантов геометрии СА двигателей ПС-А и ПС-. Численный метод расчета распространения малых звуковых возмущений в каналах сложной формы при наличии неоднородного стационарного потока, а также полученные результаты решения модельных и реальных задач. Численный метод расчета распространения малых звуковых возмущений от заданных поверхностных источников в неограниченной однородной среде и результаты решения тестовых и реальных задач. Диссертация состоит из введения, четырех глав и трех приложений. В первой главе обсуждается концептуальная постановка задачи о генерации тонального шума в вентиляторной ступени ТРДД и его распространении во внешнем канале и воздухозаборнике в переднюю полусферу. Вентиляторная ступень выделяется как доминирующий источник шума в ТРДД. Рассматривается несколько вариантов постановок задач генерации тонального шума, основанных на численном решении нелинейных уравнений газовой динамики, а также постановки задач о распространении звука в каналах и свободной однородной среде. Здесь же коротко описаны методы снижения шума двигателя, и приведен обзор экспериментальных и теоретических (аналитических и численных) работ, посвященных моделированию генерации и распространения тонального шума. Во второй главе рассматривается математическая постановка сформулированных ранее задач. Для описания генерации звука используются уравнения Навье-Стокса. При моделировании распространения звука используются линеаризованные уравнения Эйлера и волновое уравнение Фокс Вильямса - Хоукингса. В этой же главе рассматриваются также численные методы решения указанных уравнений: метод контрольных объемов для осредненных по Фавру уравнений Навье-Стокса, оптимизированная центрально разностная схема для линеаризованных уравнений Эйлера и метод Кирхгоффа для волнового уравнения. Во второй главе также рассматривается методика, используемая для оценки мощности источников тонального шума, вызванного следовым ротор-статор взаимодействием, основанная на численном решении уравнений Навье-Стокса. В третьей главе рассматривается решение нескольких тестовых задач о распространении звуковых волн в одномерном и двумерном случае с использованием методов, описанных во второй главе. В четвертой главе приводятся результаты сравнительной оценки мощности источников тонального шума вентиляторной ступени при использовании различных вариантов геометрии лопаток спрямляющего аппарата. Оценка мощности источников шума выполнена для уже существующего серийного двигателя ПС-А и находящегося на стадии проектирования нового двигателя ПС-. Для двигателя ПС-А рассматривается также решение задачи о генерации и распространении тонального шума взаимодействия вентилятора и спрямляющего аппарата. Наиболее сильный вклад в общий уровень шума самолета дает силовая установка [4]. Реактивный двигатель является сложным источником шума, поскольку шум образуется во всех его узлах: вентиляторе, компрессоре, камере сгорания, турбине и реактивном сопле (см. Кроме того, источником шума служит реактивная струя, шум которой генерируется в процессе ее смешения с окружающим воздухом, то есть вне двигателя. Погран. Неоднородность^ _иаб? Рис. Значительный прогресс в области производства авиационных двигателей и прикладной авиационной акустики позволил существенно снизить шум новых самолетов за счет установки на них менее шумных турбореактивных двухконтурных двигателей (ТРДД) вместо одноконтурных (ТРД). Доля шума отдельных источников в общем шуме двигателя зависит от типа двигателя: ТРД или ТРДД и от степени двухконтурности ТРДД. Под степенью двухконтурности понимается отношение расхода воздуха через внешний контур двигателя к расходу через внутренний контур. На рис. Как видно из рис.