Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

10.07 Поглотители слабых и интенсивных акустических волн

 

Кустов О.Ю., Третьяков А.А., Мугизова Е.А. «Лазерное сканирование аддитивных образцов звукопоглощающих конструкций» Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации, № 1, с. 177-179 (2018)

Продолжено детальное исследование влияния геометрических отклонений (дефектов) образцов звукопоглощающих конструкций на их акустические характеристики. Образцы представляют собой модель однослойной панели ЗПК с резонатором в виде стандартной соты. Сравнивались шесть образцов из нейлона ABS- и PLA-пластика при помощи лазерной измерительной системы Romer 7325 SI.

Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации, № 1, с. 177-179 (2018) | Рубрики: 06.17 10.07

 

Копьев В.Ф., Остриков Н.Н. «Разработка эффективных ЗПК для перспективных авиадвигателей требует как новых подходов, так и уточнения ряда математических моделей» Тезисы докладов Шестой открытой Всероссийской (XVIII научно-технической) конференции по аэроакустике (22–27 сентября 2019 г.), с. 107-109 (2019)

Звукопоглощающие конструкции (ЗПК), устанавливаемые в тракты ТРДД, являются важнейшим средством снижения шума вентиляторной ступени авиадвигателей. В последние годы существенно возросло число исследований, посвященным углубленному анализу математических моделей, используемых при разработке ЗПК. Общей причиной повышения актуальности проблематики стало дальнейшее ужесточение норм ИКАО по шуму на местности, которое требует повышения эффективности работы ЗПК, для чего, в частности, необходимо повысить степень подробности моделирования всех процессов при распространении звука в трактах авиадвигателя, а также моделей, описывающих зависимость импеданса сотовых ЗПК от геометрических размеров, уровня звукового давления и скорости скользящего потока. Во вводной части доклада представлена как ретроспектива этапов развития в ЦАГИ методов настройки ЗПК в каналах авиадвигателя, так и анализ результатов определения модального состава звукового поля в воздухозаборнике натурного двигателя. Испытания натурного двигателя, проведенные недавно на открытом стенде, продемонстрировали, что распределение звуковой энергии по модам в канале воздухозаборника без ЗПК соответствует на всех режимах работы двигателя теоретическим представлениям, закладываемым ЦАГИ в процедуру настройки ЗПК. При этом испытания двигателя с ЗПК показали, что ЗПК в наибольшей степени снижают амплитуду наиболее энергетически значимых звуковых мод, что и было целевой функцией настройки ЗПК. В то же время за последние два года получены результаты, которые показывают необходимость дальнейшего совершенствования методов настройки ЗПК. Испытания маломасштабной модели воздухозаборника в заглушенной камере АК-2 показали существенную зависимость диаграмм направленности излучения звука от скоростей всасывающего и спутного потоков, подтвердив, тем самым, необходимость учета эффекта различия излучения звука для статических и летных условий при настройке ЗПК в воздухозаборнике. При этом объяснение результатов этих испытаний оказалось возможным только при учете существенного различия эффективности излучения различных вращающихся мод из канала воздухозаборника в дальнее поле. Оказалось, что уровень звукового давления в дальнем поле определяется не звуковыми модами, которые сгенерированы в канале с большой амплитудой, а модами, которые имеют высокую эффективность излучения в дальнее поле. Последние могут иметь в канале амплитуду на 15–20 дБ ниже амплитуды наиболее энергетической звуковой моды. Анализ результатов испытаний натурного двигателя без ЗПК в воздухозаборнике с этой точки зрения показал, что уровень звукового давления в дальнем поле определяется звуковыми модами, которые имеют в канале воздухозаборника амплитуду на 6–10 дБ ниже амплитуд наиболее энергетических звуковых мод. Обращено внимание на то, что механизм генерации таких мод достаточно трудно установить в эксперименте, а также такие моды можно неверно смоделировать численно. Поскольку ранее эффективность излучения мод из канала воздухозаборника напрямую не принималась во внимание при определении оптимального импеданса ЗПК, то существует потенциальная возможность снижения шума двигателя за счет перенастройки ЗПК на максимальное снижение шума в дальнем поле при учете звуковых мод, имеющих высокую эффективность излучения в дальнее поле, но относительно малую амплитуду внутри канала воздухозаборника. Сравнительные экспериментальные исследования волновой структуры звукового поля, проведенные на установке «Интерферометр с потоком» как в условиях лабораторной сборки данной установки, так и в условиях сборки установки в заглушенной камере АК-2, продемонстрировали важность учета эффекта неоднородности характеристик потока высокой скорости на структуру звукового поля в канале. Оказалось, что даже в самом простейшем из рассмотренных случаев (ЗПК отсутствуют, а в рабочей части канала реализованы твердые стенки) волновая структура звукового поля в канале при наличии потока не описывается ни одной из известных математических моделей, в том числе моделью распространения звука в однородном потоке. Кроме этого, испытания однослойной сотовой ЗПК показали, что применяемые полуэмпирические модели импеданса ЗПК не в состоянии предсказать двое кратное снижение эффективности затухания звука в канале при скорости потока 150 м/с на частоте настройки, хотя при скорости потока 100 м/с, эффективность работы данной ЗПК соответствовала полуэмпирической модели импеданса ЗПК. Поскольку до настоящего времени во всех отечественных работах в области разработки ЗПК для авиадвигателей, включая работы по определению модального состава звукового поля в каналах, применялась математическая модель распространения звука в однородном потоке, то полученные в исследовании результаты показывают необходимость разработки нового математического аппарата для описания распространения звука в каналах с неоднородным скользящим погоном, включая учет влияния как пограничного слоя в цилиндрических каналах, так и рассеяния звука на турбулентных пульсациях скорости основного потока. В том числе, необходимо уточнить полуэмпирические модели импеданса ЗПК в части зависимости от скорости скользящего потока. Последнее требует разработки новых методов извлечения импеданса ЗПК на установке «Интерферометр с потоком», которые учитывают, как эффекты трехмерной неоднородности поля скорости в канале, так и наличие разрывов импеданса на стенках канала. Конструкции современных и перспективных ТРДД ставят новые задачи в области настройки ЗПК. Так, ранее наличие пилона, разделяющего поток в наружном контуре двигателя, не рассматривалось с точки зрения настройки ЗПК и возможности установки ЗПК на поверхности пилона. Кроме этого, для ТРДД стали применяться воздухозаборники с обечайкой асимметричной формы. Эта форма приводит к генерации новых азимутальных гармоник, и, тем самым, изменяет диаграмму направленности излучения. Каналы воздухозаборников двигателей для перспективных сверхзвуковых самолетов имеют переменную форму сечения: круглое сечение плавно трансформируется в прямоугольное сечение. Оптимизация ЗПК для таких каналов ранее не производилась, поскольку отсутствуют математические модели распространения звука в каналах с сечениями переменной формы. Таким образом, в настоящее время сложилась острая необходимость развития новых математических моделей в области технологии ЗПК для ТРДД. Такие модели могут быть реализованы с помощью численных или аналитических подходов. Безусловно, возможность создания аналитических моделей резко ограничена ввиду сложности задачи в целом, но именно эти подходы обычно позволяют находить эффекты, реализация которых приводит к увеличению эффективности работы ЗПК.

Тезисы докладов Шестой открытой Всероссийской (XVIII научно-технической) конференции по аэроакустике (22–27 сентября 2019 г.), с. 107-109 (2019) | Рубрика: 10.07

 

Алексенцев А.А., Бурдаков Р.В., Степина Е.В., Синер А.А. «Проблемы разработки новых типов ЗПК» Тезисы докладов Шестой открытой Всероссийской (XVIII научно-технической) конференции по аэроакустике (22–27 сентября 2019 г.), с. 125-126 (2019)

При разработке современных авиационных двигателей значительное внимание уделяется проблеме борьбы с шумом. Шум авиационного двигателя обладает выраженными узкополосными составляющими на частоте следования лопаток вентилятора и её гармониках. Для уменьшения интенсивности шума каналы двигателя облицовывают звукопоглощающими конструкциями (ЗПК). Широкое распространение среди ЗПК получил резонатор Гельмгольца в различных исполнениях: применение многослойных конструкций, использование проницаемого слоя и т.д. Акустические характеристики ЗПК можно описать комплексной величиной импеданса: отношением акустической скорости к давлению. Импеданс ЗПК подбирается таким образом, чтобы обеспечить заданную величину звукопоглощения. Для повышения экономичности современных авиационных двигателей для гражданской авиации, разработчики создают двигатели с большей степенью двухконтурности, что приводит к необходимости учитывать множество мод, распространяющихся по каналу. В настоящее время для проектирования более эффективных систем шумоглушения широко применяются установки «Канал с потоком». Установки позволяют получить экспериментальные данные для учёта изменения величины импеданса ЗПК в зависимости от скорости обтекающего потока и других внешних условий. Однако требуются модели, позволяющие использовать полученные значения импеданса для оценки поглощения звука в воздухозаборнике двигателя. Наряду с проблемой влияния внешних факторов на импеданс ЗПК существуют проблемы, связанные с соблюдением конструкционных ограничений. Современные двигатели в сравнении с прошлым поколением обладают меньшей частотой следования лопаток вентилятора, что приводит к необходимости увеличения общей высоты ЗПК. Так как величина общей высоты ЗПК ограничена, отдельно можно упомянуть проблему разработки ЗПК, настроенных на эффективное звукопоглощение в области низких частот. Все рассмотренные до этого конструкции относятся к локально реагирующим. Также существует большой класс нелокально реагирующих ЗПК, таких как ЗПК со складчатым заполнителем, трубчатые ЗПК. Среди этих конструкций могут существовать и такие, которые позволят существенно увеличить эффективность системы ЗПК двигателя. Требуется разработать высокоточные методы настройки нелокально реагирующих ЗПК.

Тезисы докладов Шестой открытой Всероссийской (XVIII научно-технической) конференции по аэроакустике (22–27 сентября 2019 г.), с. 125-126 (2019) | Рубрика: 10.07

 

Корин И.А., Пальчиковский В.В., Павлоградский В.В., Берсенев Ю.В. «Определение импеданса крупногабаритной ЗПК при генерации заданного азимутального модального состава шума, распространяющегося в канале модели полномасштабного воздухозаборника авиационного двигателя» Тезисы докладов Шестой открытой Всероссийской (XVIII научно-технической) конференции по аэроакустике (22–27 сентября 2019 г.), с. 131-132 (2019)

Одним из этапов в разработке звукопоглощающих конструкций (ЗПК) для авиационных двигателей (АД) является их испытание на соответствие импедансных характеристик проектным значениям. Данные исследования проводятся в интерферометрах, которые имеют, как правило, узкие каналы. В результате в интересующем диапазоне частот в канале распространяется преимущественно нулевая мода, что сильно отличается от модального состава шума, распространяющегося в натурном воздухозаборнике АД. Таким образом, актуальным является исследование акустических характеристик ЗПК для полномасштабного воздухозаборника АД в условиях генерации в канале вращающихся звуковых мод. Для проведения подобных исследований в Лаборатории механизмов генерации шума и модального анализа ПНИПУ создана установка, представляющая собой генератор звука, соединенный с полномасштабной моделью воздухозаборника АД. В корпус воздухозаборника устанавливаются исследуемые панели ЗПК, звук генерируется 40 динамиками. Измерения акустического давления в канале установки диаметром 1.783 м выполняется 20 микрофонами, расположенными в линию в корпусе генератора звука (до секции ЗПК) и 26 микрофонами, установленными в линию в корпусе полномасштабной модели воздухозаборника (после секции ЗПК). Испытания крупногабаритной ЗПК проводились на центральных частотах третьоктавных полос в диапазоне 500–3150 Гц. Генерировались вращающиеся моды в диапазоне номеров 0–40. Для идентификации импедансных характеристик крупногабаритной ЗПК использовался метод эдукции на основе минимизации функционала невязки расчетных и экспериментальных значений акустических давлений на микрофонах, который был адаптирован под исследования на данной установке. Результаты извлеченного импеданса сравнивались с полученными экспериментально при измерениях крупногабаритной ЗПК портативным интерферометром с каналом диаметром 50 мм. Установлено, что для случая нулевой моды наблюдается качественное совпадение импедансных характеристик ЗПК. Для остальных случаев модального состава шума извлеченный импеданс отличается от полученного интерферометром как количественно, так и качественно.

Тезисы докладов Шестой открытой Всероссийской (XVIII научно-технической) конференции по аэроакустике (22–27 сентября 2019 г.), с. 131-132 (2019) | Рубрика: 10.07

 

Копьев В.Ф., Остриков Н.Н., Яковец М.А., Пальчиковский В.В., Корин А.И., Берсенев Ю.В. «Исследование влияния количества продольных швов в конструкции ЗПК на структуру звукового ноля в канале крупномасштабной модели воздухозаборника, установленной в заглушенной камере ПНИПУ» Тезисы докладов Шестой открытой Всероссийской (XVIII научно-технической) конференции по аэроакустике (22–27 сентября 2019 г.), с. 133-134 (2019)

В заглушенной камере ПНИПУ проведены сравнительные испытания крупномасштабной модели воздухозаборника в условиях твердых стенок, однородных ЗПК и однородных ЗПК с одной, тремя и пятью накладками, обеспечивающими перекрытие полной длины окружности однородных ЗПК на величину соответственно 6, 18 и 30%, что создает относительную азимутальную неоднородность импеданса ЗПК эквидистантную указанным процентам. Для генерации звукового поля в канале воздухозаборника использовалась система 40 динамиков, совмещенная с горнами, которые были установлены равномерно по окружности сечения тыльной части модели воздухозаборника, что позволило генерировать звуковые азимутальные моды в диапазоне номеров ±40. Для определения модальной структуры звукового поля в канале использовалась многоканальная решетка. состоящая из 126 микрофонов, установленных заподлицо стенок канала в зоне за ЗПК в направлении распространения звука, при этом 100 микрофонов образуют круговую решетку, а остальные – линейную. С помощью портативного интерферометра нормального падения выполнены измерения импеданса крупномасштабных ЗПК, предназначенных для проведения испытаний в составе крупномасштабной модели воздухозаборника в качестве однородных ЗПК, показавшие, что панели ЗПК очень однородны, т. к. нулевая мода абсолютно доминирует, а амплитуда ненулевых мод в диапазоне 1000–3200 Гц не превышает 6%. Показано, что особенности сборки однородных ЗПК (состоят из пяти панелей) и геометрии использования накладок для создания контролируемого неосесимметричного импеданса ЗПК приводят к доминированию азимутальных гармоник с номерами кратными ±5 в разложении адмитанса ЗПК в ряд Фурье по азимутальному углу, причем амплитуды этих гармоник возрастают с увеличением числа применяемых накладок. Анализ результатов испытаний показал, что наибольший эффект появления в канале не генерируемых динамиками азимутальных мод с повышенным уровнем амплитуды (фактически амплитуды этих мод сравнимы с амплитудой доминирующей моды, генерируемой динамиками) реализуется для мод, азимутальные номера которых отличаются от номера генерируемой доминирующей моды на числа кратные ±5. Данный эффект находится полностью в согласии с предсказанием аналитической модели влияния азимутальной неоднородности ЗПК на распространение вращающихся мод в цилиндрическом канале.

Тезисы докладов Шестой открытой Всероссийской (XVIII научно-технической) конференции по аэроакустике (22–27 сентября 2019 г.), с. 133-134 (2019) | Рубрика: 10.07

 

Почкин Я.С., Халецкий Ю.Д. «Влияние конструктивных параметров реактивного элемента комбинированного глушителя на акустическую эффективность» Тезисы докладов Шестой открытой Всероссийской (XVIII научно-технической) конференции по аэроакустике (22–27 сентября 2019 г.), с. 135-136 (2019)

Ранее на модельных стендах была выполнена экспериментальная оценка эффективности комбинированных глушителей шума вентилятора. Обычно акустическая облицовка устанавливается в воздухозаборнике и в наружном контуре за спрямляющим аппаратом. На режимах работы вентилятора, соответствующих частотам вращения в сертификационных точках, было получено, что комбинированный глушитель на 2–3 дБ больше снижает шум вентилятора, чем двухслойная сотовая облицовка той же длины. В представленной работе в условиях модельного стенда У-96Т ЦИАМ «канал с потоком» был проведен эксперимент по определению влияния основных параметров решетчатого элемента в составе комбинированного глушителя на его акустическую эффективность.

Тезисы докладов Шестой открытой Всероссийской (XVIII научно-технической) конференции по аэроакустике (22–27 сентября 2019 г.), с. 135-136 (2019) | Рубрика: 10.07

 

Шульдешов Е.М., Краев И.Д., Петрова А.П. «Звукопоглощающий материал-конструкция для снижения шума авиационных двигателей на местности» Тезисы докладов Шестой открытой Всероссийской (XVIII научно-технической) конференции по аэроакустике (22–27 сентября 2019 г.), с. 137-138 (2019)

С целью повышения эффективности систем шумоглушения двигательных установок воздушных судов и снижения массы звукопоглощающих конструкций во ФГУП «ВИАМ» был разработан звукопоглощающий материал-конструкция состоящий из стеклосотопласта марки ССП-1-8Т и звукопоглощающего элемента, пропитанного гидрофобизирующим составом, расположенным внутри каждой ячейки стеклосотопласта и закрепленного на определенной высоте. Материал-конструкции присвоена марка ВЗМК-1. Представлены схематичные изображения разработанного заполнителя. Доклад посвящен исследованию характеристик материала марки ВЗМК-1, в том числе на интерферометре, при уровнях шума до 150 дБ. Исследовалось изменение параметров пористой вставки и ее расположения на комплекс свойств материала, а так же изменение акустических характеристик при разных уровнях шума и входных перфорированных слоях. Сделан вывод о том, что применение материал-конструкции марки ВЗМК-1 может позволить снизить массу звукопоглощающих конструкций, за счет замены внутренних перфорированных слоев пористой вставкой, при этом расширив частотный диапазон эффективного звукопоглощения. Применение ВЗМК-1 дает возможность настройки акустических характеристик без изменения параметров звукопоглощающих конструкций, таких как процент перфорации, толщина перфорированного слоя и итоговая толщина конструкции, что в значительной мере расширяет возможности акустической настройки систем шумоглушения при доводке двигательных установок.

Тезисы докладов Шестой открытой Всероссийской (XVIII научно-технической) конференции по аэроакустике (22–27 сентября 2019 г.), с. 137-138 (2019) | Рубрика: 10.07

 

Писарев П.В., Аношкин А.Н., Максимова К.А., Храмцов И.В. «Исследование влияния параметров перфорации сотовых ЗПК на их акустическую эффективность» Тезисы докладов Шестой открытой Всероссийской (XVIII научно-технической) конференции по аэроакустике (22–27 сентября 2019 г.), с. 144-145 (2019)

В настоящее время экология авиационного транспорта стала второй по актуальности проблемой, выделяемой Международной организацией гражданской авиации (ИКАО), уступая первое место только безопасности полетов. Одной из доминирующих составляющих вредного воздействия авиации на окружающую среду является шум на местности, создаваемый воздушными судами. Одним из наиболее эффективных способов снижения шума авиационных двигательных установок является включение в её состав звукопоглощающих конструкций (ЗПК). В процессе изготовления ЗПК возможно образование различных технологических неоднородностей или дефектов. Наиболее распространенные дефекты – уменьшение или увеличение диаметра отверстий перфорации. Образование дефектов приводит к увеличению разброса акустических параметров при проведении испытаний. Это приводит к усложнению процесса обработки полученных данных испытаний, а также к недостоверности получаемых результатов. В рамках численных экспериментов осуществлялся расчет величины демпфирующего эффекта, производимого призматическими ячейками с диаметрами перфораций горловины 1.6–2.6 мм в диапазоне рабочих частот 500–3000 Гц. Исследования проводились при уровнях звукового давления 100 и 130 дБ. По результатам вычислительных экспериментов были получены зависимости коэффициента звукопоглощения от частоты, а также построены зависимости собственной частоты резонатора и коэффициента потери акустического давления от диаметра горловины. Выявлено, что при уровне звукового давления 100 дБ увеличение диаметра перфорации с 1.6 мм до 2.6 мм приводит к повышению собственной частоты резонатора на 36%. Максимальное значение коэффициента звукопоглощения наблюдается при значении диаметра 2.2 мм. При уменьшении диаметра от 2.2 мм до 1.6 мм происходит снижение коэффициента звукопоглощения на 21%. При увеличении диаметра перфорации с 2.2 мм до 2.6 мм также наблюдается снижение коэффициента звукопоглощения на 22%. Выявлено, что при уровне звукового давления 130 дБ увеличение диаметра перфорации с 1.6 мм до 2.6 мм приводит к повышению собственной частоты резонатора на 32%, а также к повышению коэффициента звукопоглощения на 52%. Максимальное значение коэффициента звукопоглощения наблюдается при значении диаметра перфорации 2.6 мм. Кроме того, анализ полученных результатов показал, что изменение диаметра горловины влияет на его широкополосность при обоих уровнях звукового давления. В рамках верификации разработанной математической модели проводится сравнение результатов численного моделирования и лабораторных испытаний, проведенных на интерферометре с нормальным падением волны при уровнях звукового давления 100 и 130 дБ. Образцы ЗПК были изготовлены методом 3D печати. Сравнительный анализ результатов численных расчетов с результатами лабораторных испытаний выявил, что максимальное расхождение наблюдается для расчетного варианта с диметром 2.4 мм и составляет 3.5%, а также для диаметра 1.8 мм и составил 8% для уровня звукового давления 100 и 130 дБ соответственно.

Тезисы докладов Шестой открытой Всероссийской (XVIII научно-технической) конференции по аэроакустике (22–27 сентября 2019 г.), с. 144-145 (2019) | Рубрика: 10.07

 

Ионов И.А., Ипатов М.С., Остриков Н.Н. «О повышении точности измерений импеданса ЗПК на интерферометре нормального падения за счет увеличения числа микрофонов» Тезисы докладов Шестой открытой Всероссийской (XVIII научно-технической) конференции по аэроакустике (22–27 сентября 2019 г.), с. 146-147 (2019)

Метод двух микрофонов (другое название – метод передаточных функций) на данный момент является наиболее распространенным для измерения акустических характеристик звукопоглощающих конструкций (ЗПК) и регламентирован в стандарте ISO. В данном методе образец ЗПК закрепляется на жестком окончании импедансной трубы (интерферометр нормального падения звуковых волн), и из комплексных значений звукового давления, измеренного на двух микрофонах, находятся комплексные амплитуды падающей и отраженной волн в канале трубы, исходя из значения которых далее находятся акустические характеристики образца, включая импеданс. Поскольку измерения на микрофонах производятся с некоторыми систематическими погрешностями, например, возникающими из-за вибраций стенок импедансной трубы или из-за влияния высших звуковых мод в канале, то точное фиксирование восстановленного давления на измеренных значениях на двух опорных микрофонах может приводить к заметным отклонениям на других микрофонах, если такие установлены на поверхности канала интерферометра. Дополнительным ограничением стандартного метода двух микрофонов является частотный диапазон измерений, зависящий от расстояния между микрофонами. В работе предложено улучшение метода двух микрофонов, заключающееся в использовании дополнительных микрофонов в канале импедансной трубы. Представлены результаты измерений различных образцов с шестью установленными в импедансной трубе микрофонами, причем один микрофон находится на достаточно отдаленном от остальных, что позволяет точно восстанавливать звуковое поле на низких частотах. Показано, что использование разработанного метода позволяет существенно повысить точность измерения импеданса образцов в диапазоне частот 200–5000 Гц.

Тезисы докладов Шестой открытой Всероссийской (XVIII научно-технической) конференции по аэроакустике (22–27 сентября 2019 г.), с. 146-147 (2019) | Рубрика: 10.07

 

Ипатов М.С., Яковец М.А. «Исследование на интерферометре нормального падения нового типа ЗПК с пониженной частотой настройки» Тезисы докладов Шестой открытой Всероссийской (XVIII научно-технической) конференции по аэроакустике (22–27 сентября 2019 г.), с. 148-149 (2019)

Тенденция мирового развития двигателестроения для пассажирских самолетов связана с повышением степени двухконтурносги двигателя и понижением частоты вращения вентилятора. Хорошо известно, что понижение основной частоты настройки резонансной конструкции, предназначенной для снижения шума вентилятора, приводит к повышению, в некоторых случаях существенному, ее габаритов (толщины). В результате становится проблематичным использование таких конструкций в канале авиационного двигателя из-за их габаритов. В связи с этим весьма перспективным является создание резонансных конструкций с малой толщиной и в то же время настроенных на диапазон низких частот. Настоящая работа продолжает исследования А.Ф. Соболева, которые он выполнял в период 2009–2011 годов. В работе были спроектированы и исследованы звукопоглощающие конструкции, у которых для увеличения присоединенной массы предлагается использовать вместо маленьких отверстий достаточно длинные и широкие трубки-горла, направленные внутрь воздушной полости. Использование удлиненного горла позволяет создать значительную инерционную массу, что приводит к понижению частоты настройки в пределах 0.4–1 кГц при сохранении достаточно малой толщины конструкции. Присоединенная масса может также возрасти за счет влияния задней стенки и боковых стенок резонатора. Экспериментальные исследования были проведены на «Интерферометре высоких уровней» при нормальном падении звука. Уровень звукового давления в канале установки составлял 120 дБ, тип сигнала – белый шум. Извлечение импеданса выполнялось на основе многомикрофонного метода, позволяющего существенно повысить точность измерения импеданса образцов на низких частотах. Было проведены испытания более 10 различных образцов, которые различались между собой диаметрами отверстий и длиной трубок. Представлены примеры графиков действительной и мнимой частей импеданса соответственно.

Тезисы докладов Шестой открытой Всероссийской (XVIII научно-технической) конференции по аэроакустике (22–27 сентября 2019 г.), с. 148-149 (2019) | Рубрика: 10.07

 

Храмцов И.В., Кустов О.Ю., Пальчиковский В.В., Бульбович Р.В. «Определение акустических характеристик образцов ЗПК на основе численного моделирования в трехмерной постановке» Тезисы докладов Шестой открытой Всероссийской (XVIII научно-технической) конференции по аэроакустике (22–27 сентября 2019 г.), с. 150-151 (2019)

Акустические характеристики звукопоглощающей конструкции (ЗПК) прогнозируют на основе полуэмпирических моделей. Для проверки соответствия акустических характеристик проектировочным значениям проводят испытания образцов ЗПК на интерферометрах. Однако, каждый испытываемый образец должен иметь идеальные геометрические параметры, что сильно отражается на разбросе получаемых для образца ЗПК акустических характеристиках. Последние 20 лет активно исследуется вопрос определения более точных акустических характеристик образцов ЗПК с помощью численного моделирования. Во многих известных работах использовались только упрощенные формы образцов ЗПК в виде одного резонатора (в основном цилиндрической формы) с одним отверстием по центру, что существенным образом отличается от реальных конструкций резонансных ЗПК, используемых в авиационных двигателях. Ранее, авторами впервые выполнено определение акустических характеристик однослойного образца реальной сотовой звукопоглощающей конструкции путем численного моделирования физических процессов в интерферометре с нормальным падением волн. Численное моделирование выполнено на основе решения нестационарных уравнений Навье–Стокса с учетом сжимаемости в полной трехмерной постановке методом недоразрешенного прямого численного моделирования (DNS). В качестве акустического сигнала используется «белый шум» с суммарным уровнем звукового давления 130 дБ на входе в расчетную область. Для верификации расчетов проведены измерения образца в интерферометре с нормальным падением волн с диаметром канала 50 мм. По результатам верификации установлено, что импедансные характеристики, полученные на основе численного моделирования, имеют высокое качество согласования с экспериментом. Разработанная методика определения акустических характеристик образцов звукопоглощающих конструкций на основе прямого численного моделирования верифицирована на полномасштабных образцах для интерферометров с нормальным падением волн с разным сечением канала, имеющих геометрические характеристики, соответствующие реальным однослойным ЗПК авиационных двигателей. В дальнейшем данный подход может использоваться для предсказания акустических характеристик образцов резонансных ЗПК с более сложной геометрией.

Тезисы докладов Шестой открытой Всероссийской (XVIII научно-технической) конференции по аэроакустике (22–27 сентября 2019 г.), с. 150-151 (2019) | Рубрика: 10.07

 

Молод М.В., Максименков В.И., Федосеев В.И. «Особенности звукопоглощающих конструкций с гофровым заполнителем» Тезисы докладов Шестой открытой Всероссийской (XVIII научно-технической) конференции по аэроакустике (22–27 сентября 2019 г.), с. 152-153 (2019)

Гофровые панели находят широкое применение в конструкции летательных аппаратов. Чаще всего это панели фюзеляжа, крыла. В зарубежной авиационной технике гофровые конструкции применяются в качестве звукопоглощающих панелей. Проведенные исследования показали, что по акустической эффективности они не уступают сотовым конструкциям, но проигрывают им по весовым параметрам. В тезисах статьи рассмотрен способ повышения акустической эффективности гофровых панелей за счет применения специальной вставки. Проведены исследования гофровых металлических панелей, состоящих из двух обшивок одна из которых перфорированная и гофрового заполнителя, расположенного между ними. Гофровый заполнитель с обшивками соединяется контактной сваркой. Проведены испытания гофровых панелей. Основные материалы, применяемые для изготовления панелей Д16М, I2X18H10T, ОТ4-1. По механическим свойствам гофровые панели отличаются от обычных конструкций с сотовым заполнителем высокой степенью жесткости при изгибе. В продольном направлении анизотропные свойства панелей с гофровым заполнителем проявляются в большей степени, чем у слоистых панелей с сотовым заполнителем при эквивалентных конструктивных параметрах. Учитывая анизотропные свойства гофровых панелей, рекомендуется использовать их в таких конструкциях, где наибольшие напряжения действуют в продольных направлениях. При механических испытаниях гофровых панелей выявлено, что применяемая вставка не влияет на механические характеристики панели. Проведенные акустические испытания на установке канал с потоком показали на повышение эффективности новой конструкции гофровой панели в 1.7 раза. Разработана технология изготовления гофровой панели со вставкой. Дана оценка весовых параметров панели. Рассмотрены варианты применения нового типа гофровых панелей в качестве звукопоглощающих конструкций.

Тезисы докладов Шестой открытой Всероссийской (XVIII научно-технической) конференции по аэроакустике (22–27 сентября 2019 г.), с. 152-153 (2019) | Рубрика: 10.07

 

Зайцев К.И., Половнев А.Л., Пушкин С.Д. «Расчётно-экспериментальные исследования свойств многослойных звукопоглощающих материалов» Тезисы докладов Шестой открытой Всероссийской (XVIII научно-технической) конференции по аэроакустике (22–27 сентября 2019 г.), с. 259-260 (2019)

Одним из направлений развития пилотируемой космонавтики является создание трансформируемых (надувных) модулей, которые выводятся на орбиту в компактном сложенном состоянии, а уже на месте развёртываются в полном размере. Примерами таких разработок являются проект TransHab (NASA), и пристыкованный к МКС в 2016 г. модуль BEAM (Bigelow Aerospace). В РКК «Энергия» также ведутся работы по проектированию трансформируемых модулей, созданию и экспериментальной отработке многослойной трансформируемой гермооболочки. На участке выведения космического аппарата (КА) его конструкция, приборы и оборудование подвергаются воздействиям акустического давления, обусловленного интенсивным акустическим излучением реактивных струй маршевых двигателей ракеты-носителя (PH). При старте и полете PH в плотных слоях атмосферы подавляющее большинство КА защищено от внешних воздействий головным обтекателем, который блокирует часть энергии внешнего акустического поля, снижая амплитуды акустического давления на внешнюю поверхность КА. Это справедливо и для трансформируемых обитаемых космических модулей (ТОКМ). Акустическое поле внутри герметичных отсеков КА определяется звукоизолирующими свойствами его оболочки. Металлическая оболочка стандартных КА обладает значительной звукоизоляцией. Для прогноза характеристик акустических воздействий на бортовое оборудование ТОКМ и анализа их соответствия действующим условиям эксплуатации необходимо определить звукоизолирующие свойства многослойной трансформируемой гермооболочки модуля (МТГО). Кроме того, в процессе штатной эксплуатации модуля, важно учитывать шум от его бортового оборудования, особенно для обитаемых отсеков. Существуют санитарные нормы шумовых воздействий на экипаж пилотируемых космических аппаратов для обеспечения комфортной работы космонавтов. Для расчётов таких воздействий важно знать коэффициент звукопоглощения внутренней поверхности МТГО. Для определения звукоизоляции и коэффициента звукопоглощения проводились испытания фрагментов оболочки в импедансной трубе методом двух нагрузок (различное окончание на торце трубы). В импедансной трубе дополнительно получены собственные характеристики отдельных материалов, такие как характеристический импеданс, комплексные значения скорости распространения звуковых волн и эффективной плотности материала, которые использовались для численного моделирования импедансной трубы в программном комплексе Virtual.Lab. Коэффициент звукопоглощения и поверхностный импеданс отдельных слоёв МТГО определялись также с помощью специализированного инструмента «MicroFlown», который позволяет измерять одновременно акустическое давление и скорость колебания частиц в непосредственной близости от поверхности образца. Данные испытания также были смоделированы в Virtual.Lab. Одной из целей исследования являлось определение влияния геометрических параметров испытательной установки и исследуемого образца. В работе представлены полученные в экспериментах и расчётах результаты, которые достаточно хорошо согласуются между собой.

Тезисы докладов Шестой открытой Всероссийской (XVIII научно-технической) конференции по аэроакустике (22–27 сентября 2019 г.), с. 259-260 (2019) | Рубрика: 10.07

 

Ярцев Б.А. «Композитные вибропоглощающие конструкции» Труды Крыловского государственного научного центра (ранее: Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова), № 2, с. 55-68 (2019)

Объект и цель научной работы. Объектом исследования являются отечественные и зарубежные литературные источники, посвященные исследованию вопроса создания вибропоглощающих конструкций из полимерных композиционных материалов (ПКМ). Основное внимание уделяется работам, выполненным специалистами ФГУП «Крыловский государственный научный центр» (КГНЦ) в 2000–2018 гг. Материалы и методы. Анализ информации, содержащейся в литературных источниках с 1980 по 2018 гг. Основные результаты. Обобщены достижения специалистов КГНЦ в области создания основанных на использовании универсальных практических САЕ-методов прогнозирования диссипативно-жесткостных характеристик и прочности композитных вибропоглощающих конструкций. Приведено описание метода определения диссипативных характеристик волокнистых ПКМ. Изложены основные требования к «жестким» и «мягким» полимерным композициями. Дано описание ряда композитных вибропоглощающих конструкций: сборочно-монтажных единиц, платформы, промежуточной опорной рамы. Заключение. В 2000–2018 гг. специалистами КГНЦ разработан замкнутый расчетно-экспериментальный метод прогнозирования диссипативно-жесткостных характеристик и прочности вибропоглощающих конструкций из ПКМ.

Труды Крыловского государственного научного центра (ранее: Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова), № 2, с. 55-68 (2019) | Рубрика: 10.07

 

Кустов О.Ю., Храмцов И.В. «Определение акустических характеристик полномасштабного образца реальной однослойной сотовой звукопоглощающей конструкции на основе численного моделирования» Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации, № 1, с. 180-184 (2018)

Впервые проведено определение акустических характеристик однослойного образца реальной сотовой звукопоглощающей конструкции (диаметр образца 30 мм, глубина сот 20 мм, толщина пластины перфорации 2 мм, степень перфорации 8%, диаметр отверстий 2 мм) путем численного моделирования физических процессов в интерферометре с нормальным падением волн. Численное моделирование выполнено на основе решения нестационарных уравнений Навье–Стокса с учетом сжимаемости в полной трехмерной постановке. Отмечено высокое согласование акустических характеристик образца ЗПК, полученных в численном моделировании и в эксперименте. Показано, что проведение численного моделирования только на одной ячейке ЗПК также дает результаты, хорошо соответствующие эксперименту, что позволяет в дальнейшем применить данный подход для предсказания акустических характеристик образцов резонансных ЗПК с более сложной геометрией.

Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации, № 1, с. 180-184 (2018) | Рубрика: 10.07

 

Макаров В.Ф., Модорский В.Я., Койнов И.И., Хроликова Д.Н. «Влияние типа отверстий в звукопоглощающих конструкциях на шумоглушение» Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации, № 1, с. 198-201 (2018)

Рассмотрена идея использования в однослойной ЗПК отверстий с резьбой. Описана методика численного моделирования влияния шероховатости отверстий в ячейках однослойной ЗПК на шумопоглощение с использованием программного пакета AnsysCFX. Представлены результаты исследования на различных частотах в горле резонатора панелей из композиционного материала марки ВКУ-39 и выводы по эффекту использования полученных отверстий.

Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации, № 1, с. 198-201 (2018) | Рубрика: 10.07

 

Кирпичников В.Ю., Савенко В.В., Смольников В.Ю., Шлемов Ю.Ф. «Разработка новых высокоэффективных средств вибродемпфирования судовых конструкций» Труды Крыловского государственного научного центра (ранее: Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова), № 1, с. 167-174 (2019)

Объект и цель научной работы. Приведены краткие сведения о физической сути и эффективности разработанных средств уменьшения уровней повышенной вибрации судовых конструкций. Материалы и методы. Использованы результаты измерений уровней вибрации моделей судовых конструкций при отсутствии и наличии средств вибродемпфирования. Основные результаты. Определены условия достижения повышенной эффективности новых средств вибродемпфирования. Заключение. Разработанные средства с повышенной эффективностью имеют малую массу в сравнении с массой демпфируемой конструкции и применяемых средств вибродемпфирования.

Труды Крыловского государственного научного центра (ранее: Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова), № 1, с. 167-174 (2019) | Рубрика: 10.07

 

Ярцев Б.А. «Композитные вибропоглощающие конструкции» Труды Крыловского государственного научного центра (ранее: Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова), № 2, с. 55-68 (2019)

Объект и цель научной работы. Объектом исследования являются отечественные и зарубежные литературные источники, посвященные исследованию вопроса создания вибропоглощающих конструкций из полимерных композиционных материалов (ПКМ). Основное внимание уделяется работам, выполненным специалистами ФГУП «Крыловский государственный научный центр» (КГНЦ) в 2000–2018 гг. Материалы и методы. Анализ информации, содержащейся в литературных источниках с 1980 по 2018 гг. Основные результаты. Обобщены достижения специалистов КГНЦ в области создания основанных на использовании универсальных практических САЕ-методов прогнозирования диссипативно-жесткостных характеристик и прочности композитных вибропоглощающих конструкций. Приведено описание метода определения диссипативных характеристик волокнистых ПКМ. Изложены основные требования к «жестким» и «мягким» полимерным композициями. Дано описание ряда композитных вибропоглощающих конструкций: сборочно-монтажных единиц, платформы, промежуточной опорной рамы. Заключение. В 2000–2018 гг. специалистами КГНЦ разработан замкнутый расчетно-экспериментальный метод прогнозирования диссипативно-жесткостных характеристик и прочности вибропоглощающих конструкций из ПКМ.

Труды Крыловского государственного научного центра (ранее: Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова), № 2, с. 55-68 (2019) | Рубрика: 10.07