Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

10.09 Активные методы подавления шума

 

Бычков О.П., Копьев В.А., Копьев В.Ф., Фараносов Г.А., Казанский П.Н., Моралев И.А. «Разработка и реализация системы активного подавления волн неустойчивости в невозбужденной турбулентной струе» Тезисы докладов Шестой открытой Всероссийской (XVIII научно-технической) конференции по аэроакустике (22–27 сентября 2019 г.), с. 167-168 (2019)

Работа продолжает предыдущие исследования авторов в области активного управления волнами неустойчивости в слое смешения струи. В целом, стратегия управления была сформулирована в работе И.В. Беляев, М.Ю. Зайцев, В.А. Копьев, В.Ф. Копьев, Г.А. Фараносов Акустическое управление волнами неустойчивости в турбулентной струе. Акустический журнал. 2013. Т.59. №1. С.19-30, где была показана ее принципиальная осуществимость. Стратегия состоит в узкополосной скользящей фильтрации исходного сигнала и формировании соответствующего узкополосного управляющего воздействия. Предполагается, что справедлив линейный принцип наложения сигналов, т.е. что если управляющее воздействие генерирует волны неустойчивости в противофазе по отношению к естественным волнам, развивающимся в слое смешения струи, и с той же амплитудой, то суммарный сигнал будет уменьшаться. Система управления реализована на основе модуля LCARD Е14- 440D. Сигнал обрабатывается в реальном времени процессором модуля. Код драйвера модуля модифицируется так, чтобы обеспечить цифровую фильтрацию сигнала с микрофонов, коррекцию фазовых и амплитудных искажений. Обработанный сигнал поступает на выход через ЦАП и далее используется для модуляции питающего напряжения на плазменном актуаторе. Приводится принципиальная схема системы управления. Для генерации волн неустойчивости использовался актуатор высокочастотного диэлектрического барьерного разряда с кольцевым электродом, установленным на внутренней поверхности сопла. Это позволяло генерировать практически осесимметричное управляющее воздействие. Сигнал на систему управления подавался с нары микрофонов ближнего поля, позволяющей выделять симметричную компоненту пульсаций. В ближнем поле были установлены также дополнительные микрофоны для исследования пространственной структуры отклика струи на управление.

Тезисы докладов Шестой открытой Всероссийской (XVIII научно-технической) конференции по аэроакустике (22–27 сентября 2019 г.), с. 167-168 (2019) | Рубрика: 10.09

 

Бычков О.П., Копьев В.А., Копьев В.Ф., Фараносов Г.А., Казанский П.Н., Моралев И.А. «Отработка концепции активного управления шумом взаимодействия струи и крыла с помощью плазменных актуаторов» Тезисы докладов Шестой открытой Всероссийской (XVIII научно-технической) конференции по аэроакустике (22–27 сентября 2019 г.), с. 169-170 (2019)

Расположение крыла вблизи реактивной струи делает дифракцию пульсаций ближнего поля струи на его задней кромке эффективным источником звука. Пульсации ближнего поля, в свою очередь, определяются волновыми пакетами, развивающимися в слое смешения струи за счет неустойчивости Кельвина–Гельмгольца. Следовательно, для струи вблизи крыла уменьшение интенсивности волновых пакетов должно привести к снижению шума в дальнем поле. Причем данный источник шума проявляется, в том числе, и для низкоскоростных струй, для которых прямое излучение шума волнами неустойчивости (без пластины) является слабым. В работе рассматривается возможность снижения шума взаимодействия струи и крыла с помощью плазменного актуатора высокочастотного диэлектрического барьерного разряда в составе системы управления с обратной связью. Первоначально эффект снижения шума взаимодействия демонстрируется для струи (скорость истечения 180 м/с), возбужденной с помощью динамика. Эффект управления для этого случая показан на рисунке в виде диаграмм направленности шума на частоте возбуждения. В зависимости от сдвига фаз между возбуждением и управляющим воздействием, подобранными по амплитуде, шум исходно возбужденной струи можно усилить на величину около 6 дБ или ослабить на величину порядка 10 дБ. Этот результат подтверждает концепцию снижения шума взаимодействия. Показана также возможность снижения шума взаимодействия для невозбужденной струи. Система управления реализована на основе модуля LCARD E14-440D и аналогична той, что использовалась для свободной струи.

Тезисы докладов Шестой открытой Всероссийской (XVIII научно-технической) конференции по аэроакустике (22–27 сентября 2019 г.), с. 169-170 (2019) | Рубрика: 10.09

 

Пудовкин А.А., Кузнецов Г.Н., Кутаков С.И., Сухарцов А.А., Кешков Д.И., Китанов М.Ю., Майзель А.Б., Смагин Д.А. «Активное гашение интенсивных периодических сигналов в воздуховоде.» Тезисы докладов Шестой открытой Всероссийской (XVIII научно-технической) конференции по аэроакустике (22–27 сентября 2019 г.), с. 178-179 (2019)

Пассивные поглотители звука ослабляют возмущения на низких частотах не эффективно, как следствие, в этом частотном диапазоне используются активные методы гашения. В воздуховоде гасящее поле вводится одним или несколькими электродинамиками, расположенными в сечении воздуховода на его цилиндрической поверхности. Наиболее эффективны методы с предсказывающей обратной связью, в которых производится наблюдение возмущения в сечении воздуховода ниже по потоку сечения расположения электродинамиков. Наблюдение формируется усреднением по нескольким микрофонам, расположенным на внутренней поверхности воздуховода, что уменьшает влияние помех, обусловленных турбулентным обтеканием микрофонов воздушным потоком. Для настройки контроллера гашения используется наблюдение возмущения в сечении воздуховода выше по потоку от зоны электродинамиков. Задача контроллера состоит в расчете электрического сигнала, подаваемого на электродинамики активного гашения по сигналу, зарегистрированному ниже по потоку от сечения расположения электродинамиков. Контроллер синтезировался но результатам идентификации передаточных характеристик первичного пути от микрофонов в сечении ниже по потоку до микрофонов в сечении выше по потоку, и вторичного пути от электродинамиков гашения до микрофонов выше по потоку. Идентифицированные передаточные характеристики формируют модель физического воздуховода, которая строилась, как внутренняя модель – в переменных состояния, т.е. в виде системы разностных уравнений первого порядка. При синтезе использовался алгоритм с внутренней моделью гасимого возмущения, для чего задавались частоты, на которых присутствовало возмущение. По ним строилась модель гасимого сигнала – также в переменных состояния. По модели воздуховода строился фильтр Калмана для оценки состояний модели воздуховода в текущий момент времени. Фактически находился вектор усиления в цепи обратной связи фильтра Калмана. Для этого решалось дискретное алгебраическое матричное уравнение Рикатти, параметры которого определялись параметрами идентифицированной модели физического воздуховода. Синтез контроллера проводился методом линейной квадратичной гауссовой (ЛКГ) оптимизации – фактически определялся вектор обратной связи ЛКГ контроллера. Для этого решалось упомянутое дискретное матричное уравнение Рикатти, параметры которого определялись параметрами внутренней модели гасимого возмущения. В физическом эксперименте использовались: цилиндрический воздуховод диаметром 150 мм, четыре 5-ти дюймовых динамика гашения типа В 1622.8, но 6 микрофонов тина ЕСМ-10 в двух сечениях наблюдения сигналов. Контроллер реализован в устройстве на основе процессора TigerSHARC ADSP-TS101S фирмы Analog Devices, частота дискретизации 6872Гц (изготовитель ЗАО «Инструментальные системы»). Приведены результаты эксперимента.

Тезисы докладов Шестой открытой Всероссийской (XVIII научно-технической) конференции по аэроакустике (22–27 сентября 2019 г.), с. 178-179 (2019) | Рубрика: 10.09

 

Wang Xiansheng, Wu Junqiang, Lu Bo, Yang Dangguo, Zhou Fangqi «Active control of acoustic resonance in a subsonic cavity flow» Тезисы докладов Шестой открытой Всероссийской (XVIII научно-технической) конференции по аэроакустике (22–27 сентября 2019 г.), с. 182 (2019)

The cavity-type flow often occurs in aeronautic engineering applications. When air flows over a cavity in high speed, flow-induced oscillations usually dominate the flow Held, accompanied by strong aerodynamic noise and acoustic resonance, which always bring about adverse effects on flight safety. An active control method based on the leading edge jet is proposed to suppress the flow-induced oscillations. The leading-edge jet is generated with a large blowing rate by guiding the incoming flow into a channel in front of the cavity. The control method is validated using high-speed wind tunnel experiments. The Mach number of the incoming flow is 0.6–0.9 and the cavity length-depth ratio is 6. The unsteady dynamic pressure measurement provides a way to study the characteristics of the cavity flow- induced oscillation and aeroacoustic loads. The results show that the strongest pressure fluctuation appears near the trailing-edge of the cavity, and the overall sound pressure level can be up to 176 dB. When the upstream injection is formed, the pressure fluctuations inside the cavity can be significantly suppressed not only in the broadband noise but also the cavity tones. The overall sound pressure level in the cavity can be reduced by up to 8 dB. Owing to no need of additional air supply to form high-speed upstream injection, the active control method can effectively suppress the subsonic cavity flow-induced oscillation, and the method provides a potential candidate strategy to control the cavity flow and acoustic resonance in the cavity-type engineering applications.

Тезисы докладов Шестой открытой Всероссийской (XVIII научно-технической) конференции по аэроакустике (22–27 сентября 2019 г.), с. 182 (2019) | Рубрика: 10.09

 

Зверев А.Я., Лесных Т.О., Паранин Г.В. «Экспериментальное определение звукоизоляции натурных панелей самолета МС-21» Тезисы докладов Шестой открытой Всероссийской (XVIII научно-технической) конференции по аэроакустике (22–27 сентября 2019 г.), с. 243-244 (2019)

В реверберационных камерах акустического стенда АК-11 проведены экспериментальные исследования по определению звукоизоляции двух цилиндрических панелей увеличенного размера, моделирующих бортовую конструкцию фюзеляжа самолета МС-21. Испытания проведены с потолочной панелью, облицованной различным набором теплозвукоизолирующих материалов и с оконной панелью, облицованной различным набором ТЗИ и панелью интерьера. Испытания панелей по определению их звукоизоляции проводились с применением двух методов. Для определения суммарной звукоизоляции использовался стандартный реверберационный метод. Для оценки звукоизоляции различных зон панели был использован интенсиметрический метод. В результате испытаний определена звукоизоляция потолочной панели без ТЗИ, а также с одним и двумя слоями облицовки матами «Микролайт». Проведено сравнение с результатами, полученными ранее на плоской панели. Определены эффекты увеличения звукоизоляции панели при различных вариантах ее облицовки по сравнению со звукоизоляцией голой панели. Установлено, что применение матов «Микролайт» в качестве ТЗИ становится эффективным на частотах выше 200 Гц. В диапазоне частот 200–315 Гц эффективность покрытия не превышает 2–4 дБ в зависимости от толщины слоя. С повышением частоты эффективность облицовки увеличивается и достигает 41 дБ в полосе 8 кГц при двухслойном покрытии панели. Определена звукоизоляция оконной панели без облицовки, с облицовкой одним и двумя слоями матов «Микролайт», двумя слоями матов и панелью интерьера. Проведено сравнение звукоизоляции оконной и потолочной панелей. Показано, что звукоизоляция двух разных панелей с одним слоем ТЗИ примерно одинакова. Звукоизоляция оконной панели с двумя слоями ТЗИ на частотах, превышающих 1 кГц, меньше звукоизоляции потолочной панели из-за пониженной изоляции окон. Получены оценки собственной звукоизоляции окон. С применением интенсиметрического метода дана оценка звукоизоляции различных зон панели с установленным интерьером. Определена область с пониженной звукоизоляцией панели интерьера и даны рекомендации по ее увеличению.

Тезисы докладов Шестой открытой Всероссийской (XVIII научно-технической) конференции по аэроакустике (22–27 сентября 2019 г.), с. 243-244 (2019) | Рубрика: 10.09

 

Белов В.Д., Гладилин А.В., Смагин Д.А., Петров А.А., Маслов В.Л. «Эффективность применения систем активного гашения колебаний судовых конструкций» Труды Крыловского государственного научного центра (ранее: Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова), № 2, с. 150-158 (2019)

Объект и цель научной работы. Экспериментальное исследование эффективности применения систем активного гашения (САГ) колебаний судовых конструкций. Материалы и методы. Испытания систем активного виброгашения на макетах, имитирующих судовое оборудование. Измерения параметров виброакустических полей при выключенной и включенной САГ. Эффективность активных средств оценивалась по уменьшению среднеквадратичных значений вибрации фундаментной конструкции. Основные результаты. Испытания САГ показали высокую эффективность снижения вибраций, возбуждаемых периодическими силами и передающихся на судовые конструкции через опорные связи. Эффективность 4-канальной САГ составила не менее 18 дБ. Эффективность 6-канальной САГ, направленной на снижение периодической вибрации, распространяющейся от движителя через валопровод на фундаментные конструкции, составила ∼10 дБ. Заключение. Показана перспективная возможность эффективного применения активных средств виброгашения для снижения вибрации, создаваемой оборудованием и механизмами и распространяющейся через опорные связи по судовым конструкциям.

Труды Крыловского государственного научного центра (ранее: Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова), № 2, с. 150-158 (2019) | Рубрика: 10.09

 

Федотов А.В. «Численное моделирование гашения колебаний распределенной системы с помощью пьезоэлементов» Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Физико-математические науки, 12, № 1, с. 142-155 (2019)

Продолжение работ автора, в которых рассматривалась задача об управлении вынужденными изгибными колебаниями металлической балки с помощью пьезоэлектрических сенсоров и актуаторов. При этом все результаты управления были получены экспериментально. Однако для того, чтобы процесс проектирования систем управления был наиболее эффективным, необходима разработка численной модели, позволяющей получать результаты для разных вариантов таких систем, что и является задачей данной работы. В исследовании численно на основе конечно-элементной модели объекта воспроизводятся основные экспериментальные результаты, а также проектируются более эффективные модальные системы управления, приводящие к большему снижению амплитуды резонансных колебаний балки, по сравнению с системами, рассмотренными ранее в эксперименте. Ключевые слова: управление колебаниями, мехатроника, модальное управление, пьезоэлемент, конечно-элементная модель.

Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Физико-математические науки, 12, № 1, с. 142-155 (2019) | Рубрика: 10.09