Повышение конструктивно-технологических свойств турбовентиляторных авиационных двигателей с учетом эксплуатационных ограничений по шуму

• Автор: Сгадлев, Василий Викторович
• Шифр специальности: 05.22.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 184 с. : ил.

Содержание

Перечень сокращений

Введение

Анализ проблем обеспечения акустической безопасности в гражданской авиации

Акустическая безопасность как важный компонент безопасности воздушного транспорта

Источники шума в гражданской авиации и их классификация

Анализ требований стандартов ИКАО по авиационному шуму

Анализ отечественной нормативной базы по авиационному шуму

Основные направления, методы и средства обеспечения акустической безопасности воздушного транспорта

Постановка задачи диссертационного исследования и концепция ее решения

Выводы к главе

Исследование и разработка математических моделей акустических характеристик двигателей воздушных судов
Исследование методов моделирования акустических характеристик
Исследование эмпирических методов
моделирования акустических характеристик
2.1.2 Исследование аналитических методов моделирования акустических характеристик
2.1.3 Исследование методов прямого численного моделирования акустических характеристик
2.1.4 Анализ методов расчета шума, в том числе возможность их применения на ранних стадиях проектирования
2.2 Разработка математической модели оценки акустических характеристик двигателей ВС на ранних стадиях проектирования.
2.2.1 Аналитическое исследование распространения возмущений в канале
2.2.2 Адаптация соотношений ТайлераСофрина к решению задачи оценки акустических характеристик двигателей
2.2.3 Комплексная модель оценки акустических характеристик двигателей ВС на основе теории распространения возмущений в канале и Соотношения ТайлераСофрина
2.2.4 Алгоритмы реализации метода моделирования Выводы к главе
Глава 3 Моделирование и оценка акустических характеристик вентиляторов двигателей воздушных судов
3.1 Исследование режимов работы вентилятора
3.2 Моделирование и оценка акустических характеристик классической ступени вентилятора
3.3 Моделирование и оценка акустических характеристик биротагивной ступени вентилятора
3.4 Разработка методики оценки зависимости шума вентилятора от числа лопаток ротора и статора
Выводы к главе 3
Глава 4 Программно методический комплекс анализа спектрального состава тонального шума лопаточных машин
4.1 Требования к процедуре компьютерного моделирования. И ее описание
4.2 Основные программные элементы.
4.2.1 Программный модуль классической схемы вентилятора
4.2.2 Программный модуль биротативной схемы вентилятора
4.2.3 Программный модуль управления программой
4.3 Верификация программы.
4.4 Валидация прораммь.
Выводы к главе 4
Заключение
Литература


Акустическая безопасность взаимодействует со всеми частями системы безопасности воздушного транспорта. Основное понятие акустической безопасности это шум. Его воздействие распространяется через человека и технику, тем самым, повышая риски для всех подсистем безопасности воздушного транспорта. Решение задач акустической безопасности повышает общий уровень безопасности воздушного транспорта. Рассмотрению шума и его источников в гражданской авиации посвящен следующий раздел. Источники шума в гражданской авиации и их классификация. Основными источниками шума летательного аппарата являются аэрогазодинамические потоки в силовой установке и воздушный поток, обтекающий аппарат, а также газовые потоки бортовых систем оборудования. На современном этапе развития авиационной техники, фюзеляж воздушного судна имеет правильную аэродинамическую форму и при обтекании потоком является меньшим источником шума по сравнению с двигателем. Этот широкополосный шум усиливается при выпушенной механизации крыла и шасси, на этапах взлета и посадки. Но шум двигателя все равно доминирует. Шум создаваемый бортовыми системами, вносит малую долю в общий шум воздушного судна. Шум от бортовых систем достигает наибольшего значения при закрытии или открытии механизации крыла и выпуска или уборки шасси. Но этот шум почти не слышен на фоне шума создаваемого двигателями воздушного судна. Наибольший вклад в суммарный шум воздушного судна вносят двигатели, так как их мощность постоянно растет. Для понимания проблемы подавления шума двигателя необходимо знать природу его источников и их относительный вклад в общий уровень шума двигателя. Основными источниками являются реактивная струя, вентилятор, компрессор, турбина и камера сгорания см. Эти источники шума имеют различные механизмы генерации, но в той или иной степени все они связаны со скоростью потока воздуха. Основные агрегаты двигателя источники шума. Шум выхлопной струи в большей степени зависит от скорости, чем шум компрессора или турбины, поэтому снижение скорости струи имеет большее влияние, чем эквивалентное снижение окружной скорости в компрессоре или турбине. Шум выхлопной струи вызывается мощным и крайне турбулентным смешением выхлопных газов с атмосферой и является следствием влияния сдвига, вызываемого относительной скоростью между выхлопной струей и атмосферой. Малые вихри, создаваемые около выхлопного канала, являются причиной высокочастотного шума, а вниз по потоку более крупные вихри вызывают низкочастотный шум. К тому же, когда скорость струи превышает местную скорость звука, внутри ядра струи формируются регулярные ударные волны. Этот процесс порождает дискретный тон и выборочное спектральное усиление шума смешения. Снижение уровня шума происходит в тех случаях, когда ускоряется процесс смешения, сокращается зона смешения и снижается скорость струи относительно атмосферы. Рисунок 1. Из графика видно, что наибольший вклад в шум выхлопной струи вносят низкие частоты. График зависимости шума реактивной выхлопной струи от частоты. Шум компрессора и турбины является результатом взаимодействия полей давления и турбулентных следов лопаток ротора и статора, и может быть определен как шум двух различных типов дискретный тон и широкополосный шум компрессор см. Дискретные тоны генерируются периодическим прохождением турбулентных следов роторных лопаток через ступени вниз по потоку так называемое следовое взаимодействие, вызывая серию тонов и их гармоник от каждой ступени. Интенсивность следового взаимодействия в большой степени зависит от расстояния между решетками ротора и статора. Если расстояние относительно небольшое, тогда возникает интенсивное поле давления взаимодействия, что в результате приводит к генерации мощных тонов. В двигателях с высокой степенью двухконтурности следы лопаток вентилятора проходят вниз по потоку через статор, производя такие тоны, но меньшей интенсивности, благодаря меньшим скоростям и большему расстоянию между ротором и статором. Широкополосный шум является результатом взаимодействия каждой лопатки ротора с потоком даже при плавном обтекании.