Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

08.14 Авиационная акустика

 

Мещеряков Р.В, Ляпустин Е.С. «Идентификация беспилотных летательных аппаратов по звуковой обработке» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 30 (2019). 106 с.

Беспилотные летательные аппараты (далее – БЛА), используемые в незаконных целях, представляют собой растущую проблему, и потребность в системах обнаружения беспилотных летательных аппаратов неуклонно возрастает. Проведенный анализ отечественных и зарубежных источников показал, что обнаружение БЛА с использованием аудиоанализа возможно и что реализация решений по идентификации беспилотных летательных аппаратов может стать полезным продуктом для систем охраны. Рассмотрены различные возможные методы обнаружения БЛА. Анализ их достоинств и недостатков показал, что подсистемы, включающие как активные, так и пассивные механизмы обнаружения, такие как радар и обработка изображений необходимо комплексировать в единую систему. Было решено, что любая спроектированная система будет функционировать на первом этапе получая звук, издаваемый БЛА, затем модуль, который обрабатывает этот звук, сравнивает его с эталоном-идентификатором БЛА и с помощью триангуляции по силе звука, предоставляем информацию о мгновенном местонахождении устройства. Для этого система обнаружения была разделена на пять отдельных модулей: 1. Обнаружение звука; 2. Формирование сигнала; 3. Сбор и передача данных; 4. Обработка; 5. Вывод данных. Выводы. Обнаружение БЛА с использованием аудиоанализа возможно. Тем не менее, звуки, исходящие от похожих по ТТХ БЛА трудно отличить друг от друга и идентификатор может давать ложные срабатывания. В рамках данной работы можно сделать дальнейшую модернизация в части добавлении локализации источника звука в детектор обнаружения, чтобы можно было подавлять звуки ниже определенного угла источника звука, тем самым увеличить вероятность идентификации количества БЛА по аудиоотпечатку.

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 30 (2019). 106 с. | Рубрика: 08.14

 

Карзова М.М., Юлдашев П.В., Леша Т., Драгна Д., Оливье С., Хохлова В.А., Блан-Бенон Ф. «Нелинейное отражение n-волны от шероховатых поверхностей в воздухе» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 41-42 (2019). 106 с.

Развитие концепции создания малых гражданских сверхзвуковых самолетов бизнес-класса привело к возобновлению интереса к проблеме распространения волны звукового удара в неоднородной атмосфере и ее отражения от поверхности земли. При нерегулярном отражении акустических волн с ударными фронтами вблизи жесткой поверхности формируется “ножка” Маха. Процесс ее формирования зависит от структуры, импеданса и геометрии поверхности. В работе в лабораторном эксперименте исследовалось влияние размера зерна шероховатости поверхности на пространственно-временную структуру N-волны при ее отражении от данной поверхности в воздухе. N-волна длиной 1.4 см и амплитудой до 1.5 кПа создавалась искровым разрядным источником. Для восстановления профилей давления N-волны в точках, расположенных на различной высоте от отражающих поверхностей, использовался метод интерферометрии по схеме Маха–Цендера. Метод основан на измерении возмущения оптического показателя преломления среды при распространении сферически расходящейся N-волны, а затем восстановлении по нему профиля давления волны с помощью обратного преобразования Абеля. В качестве отражающих шероховатых поверхностей использовалось пять различных листов наждачной бумаги, скрепленных с плоской поверхностью, изготовленной из пластика. Размер зерна шероховатости варьировался от 50 до 500 мкм. Было показано, что с увеличением размера зерна шероховатости происходило уменьшение высоты “ножки” Маха. Если размер зерна в несколько раз превышал ширину ударного фронта N-волны, то формирования “ножки” Маха не наблюдалось, а отражение происходило регулярным образом. Вблизи шероховатой поверхности (до 2 мм) уровни давления были выше, чем в случае гладкой поверхности, а на профилях давления наблюдались периодические искажения с периодом, зависящим от размера зерна шероховатости. Результаты эксперимента были количественно подтверждены в численном моделировании уравнений Эйлера, где искровой источник имитировался гауссовским распределением энергии, а геометрия шероховатых поверхностей задавалась случайным образом с использованием гауссовской корреляционной функции с параметрами, полученными в микроскопических измерениях структуры поверхности. Результаты численного моделирования с точностью 10% описали экспериментально измеренные профили давления. Дополнительно в моделировании была показана периодическая структура фронтов, формирующихся за основной волной в результате ее дифракции на шероховатостях. Ключевые слова: N-волна, «ножка» Маха, шероховатость, нерегулярное отражение, интерферометр Маха–Цендера

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 41-42 (2019). 106 с. | Рубрика: 08.14

 

Бычков О.П., Фараносов Г.А. «Численное моделирование шума изолированной струи и струи вблизи крыла в статических и полетных условиях» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 43 (2019). 106 с.

Представлены результаты численного моделирования шума изолированной струи и струи вблизи прямоугольной пластины, имитирующей крыло самолета, для статических условий и условий полета. Моделирование проведено методом LES с помощью решателя на основе схемы КАБАРЕ. Расчеты проводились с использованием рабочей станции с 4-мя графическими процессорами на сетках умеренного объема (∼15–50 млн. ячеек). Проведен анализ характеристик ближнего поля струи при наличии и отсутствии пластины в статических и полетных условиях. Выполнено сравнение характеристик средних и пульсационных параметров течения с данными термоанемометрических измерений. Также проведено сравнение результатов расчетов с данными измерений шума в дальнем поле. Показано, что расчеты обеспечивают приемлемую точность моделирования характеристик течения, а также шума взаимодействия струи и крыла в дальнем поле. Ключевые слова: шум струи, шум взаимодействия струи и крыла, численное моделирование

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 43 (2019). 106 с. | Рубрика: 08.14

 

Бычков О.П., Копьев В.Ф., Фараносов Г.А. «Валидация модели предсказания низкочастотного усиления шума струи вблизи крыла при наличии спутного потока» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 45 (2019). 106 с.

Повышенная степень двухконтурности двигателей современной гражданской авиации приводит к тому, что шум взаимодействия дозвуковой реактивной струи и закрылка может вносить ощутимый вклад в общие уровни шума самолета на местности. Для оценки данного эффекта для различных компоновок самолета необходимо использование надежных предсказательных моделей. В данной работе рассматривается разработанная ранее модель шума взаимодействия, в основе которой лежит идея о рассеянии линейных гидродинамических пульсаций ближнего поля турбулентной струи на задней кромке несущей поверхности. В качестве исследуемой конфигурации рассматривается маломасштабная модель реального крыла с отклоняемым закрылком вблизи турбулентной струи. В ходе работы продемонстрировано, что даже в условиях наличия ограниченной информации о ближнем поле струи, а также усложненной геометрии конфигурации, модель позволяет с достаточно высокой точностью и надежностью предсказывать основные характеристики шума взаимодействия струи и крыла самолета. Кроме того, впервые продемонстрированы результаты валидации модели в условиях наличия спутного потока. Ключевые слова: шум струи, взаимодействие струи и крыла, предсказание шума взаимодействия струи и крыла

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 45 (2019). 106 с. | Рубрика: 08.14

 

Александров В.Г., Осипов А.А. «Разработка вычислительного комплекса для изучения особенностей акустического излучения газотурбинного двигателя через его воздухозаборник и выхлопное сопло» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 47-48 (2019). 106 с.

Представлены результаты, иллюстрирующие возможности и особенности математического моделирования аэроакустических явлений, сопряженных с распространением по проточному тракту авиационного двигателя тонального шума, характерного для работы вентилятора и компрессора низкого давления, а также шума внутренних источников (прежде всего, турбины низкого давления) современного турбореактивного двухконтурного двигателя (ТРДД), и излучением этого шума соответственно из воздухозаборника и выхлопного сопла двигателя в окружающее пространство в условиях внешнего обтекания мотогондолы. Особенности задач рассматриваемого круга обусловлены формированием высокочастотных (и соответственно коротковолновых) акустических и конвективных возмущений потока в условиях значительной неоднородности осредненного поля течения газа, включающего сдвиговые слои, а также нерегулярной конфигурации обтекаемых поверхностей. Анализ возможностей дальнейшего совершенствования рабочего процесса в авиационном двигателе, характеризующегося упомянутыми выше факторами, указывает на необходимость развития расчетной методологии в направлении повышения разрешающей способности сеточной дискретизации численного решения путем применения аппроксимирующих схем более высокого порядка точности, а также обеспечения высокой эффективности организации вычислительного процесса на основе разработки обобщенных расчетных модулей с широкими возможностями адаптации расчетной процедуры к особенностям решаемых задач математического моделирования. Согласно указанным методологическим соображениям в ЦИАМ создана специализированная программная платформа FDUG (Fluid Dynamics on Unstructured Grid), представляющая собой взаимосогласованный набор библиотек и готовых решений для построения программного обеспечения рассматриваемого класса. Разрабатываемый расчётный комплекс предназначен для решения практических инженерных задач со сложной топологией расчётной области, поэтому численные схемы, реализуемые в его составе, ориентированы в основном на работу с неструктурированными сетками. В рамках созданного на основе программной платформы FDUG «контейнера численных методов» реализована, в частности, явная конечно-объёмная “распадная” численная схема интегрирования системы уравнений Эйлера второго порядка точности по пространству и времени для трехмерных нестационарных течений. Технологические возможности созданного «контейнера численных методов» позволяют эффективно решать широкий круг задач нестационарной аэродинамики и аэроакустики. Ключевые слова: трехмерные акустические поля, излучение из воздухозаборника и сопла авиационного двигателя, численное моделирование

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 47-48 (2019). 106 с. | Рубрика: 08.14

 

Шорстов В.А., Макаров В.Е. «Развитие зонного RANS-IDDES подхода к моделированию турбулентных течений и его использование для расчета акустических характеристик элементов авиационных силовых установок» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 48 (2019). 106 с.

На примере задач о развитом турбулентном течении в плоском канале и шуме задней кромки профиля NACA012, обтекаемого при нулевом угле атаки, протестированы неравновесный закон стенки для модели Спаларта-Аллмараса (SA) совместно с IDDES SA и модификация функции α IDDES, направленная на улучшение результатов в случае равных шагов сетки по тангенциальным направлениям. Результаты расчетов показали сходимость как параметров пограничного слоя, так и спектра в дальнем поле, для расчетов на сетках с сильно отличающимся размером пристеночных ячеек. Предложенная модификация α позволяет вдвое уменьшить ошибку по средней скорости в центре канала для случая равномерной по тангенциальным направлениям сетки. Регулярное смещение спектра шума в дальнем поле в этом случае составило 2–3 dB. Опираясь на детальное сопоставление с экспериментом ближнего поля сверхзвуковой струи, истекающей из прямоугольного сопла с большим отношением ширины к высоте в сечении среза, и опциональным использованием пластины, примыкающей к длинному ребру среза сопла, рассмотрена возможность расчета возникающего течения с использованием численной турбулизации слоев смешения. Выявлено негативное влияние зоны формирования турбулентного контента в окрестности среза на расчетное воспроизведение явления, наблюдаемого в эксперименте. При помощи радикального увеличения подсеточного масштаба (почти до уровня исходной DES-формулировки) показано преимущество более близкого к RANS описания начального участка слоя смешения для воспроизведения экспериментального явления. Высказано предположение, что зонный RANS-LES подход с явной генерацией турбулентного контента может оказаться предпочтительней для решение таких задач. Доработанный численный метод применен для расчета акустических характеристик модельного выходного устройства (ВУ) перспективного сверхзвукового гражданского самолета (СГС). Сопло рассмотренного ВУ с развитым центральным телом, экранированное с трех сторон элементами планера, имеет прямоугольное поперечное сечение, а рассмотренный режим истечения струи отвечает типовому для условий взлета СГС докритическому перепаду давления. Анализ возникающих нестационарных процессов позволил дать объяснение обнаруженному ранее в ряде экспериментальных работ явлению возникновения в спектре шума ВУ рассматриваемого типа ярко выраженных дискретных составляющих при докритических и близких к критическим перепадах давления на сопле. С высокой долей вероятности причиной такого акустического явления, является возникающая на сопле положительная обратная связь между изменением статического давления на нижней стенке и центральном теле сопла и смещением слоя смешения, сходящего с верхней стенки сопла. Такая обратная связь приводит к возникновению интенсивных поперечных колебаний слоя смешения, вызывающих сильные изменения давления на элементах ВУ, примыкающих к струе, и к появлению ярко выраженных дискретных составляющих спектре шума в дальнем поле.

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 48 (2019). 106 с. | Рубрика: 08.14

 

Бакланов В.С. «Эволюция авиационных двигателей нового поколения и структурный шум» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 104-105 (2019). 106 с.

Для турбовентиляторныхдвигателей нового поколения характерна повышенная степень двухконтурности – 9–12. Самолеты, оснащенные этими двигателями, успешно выполняют новые стандарты шума на местности (гл. 14 ИКAO), обеспечивают снижение вредных выбросов и существенное (12–15%) повышение топливной эффективности. Опыт эксплуатации этих двигателей показал, что произошло существенное перераспределение источников шума. При значительном снижении шума струи двигатель остается основным источником шума, но теперь это шум вентилятора как в передней, так и в задней полусферах. Повышенная степень двухконтурности двигателя приводит не только к значительному увеличению акустической мощности вентилятора, но и к изменению спектра шума. С увеличением диаметра вентилятора концы лопаток вращаются со сверхзвуковой скоростью, генерируя ударные волны. Взаимодействие ударных волн с колесом вентилятора образует полигармонический ряд дискретных составляющих вокруг основных частот следования лопаток (первая и вторая гармоники), отличающихся на частоту вращения вала вентилятора, названный «пилообразным шумом». Одна из необходимых мер борьбы с ударными волнами – снижение окружной скорости вентилятора, что требует снижения частоты вращения вала вентилятора. Вибрационный спектр турбовентиляторных двигателей существенно расширяется со сдвигом в низкочастотный диапазон вследствие пониженной частоты вращения ротора вентилятора (особенно в случае применения редуктора). Эти составляющие и будут определять спектр динамического воздействия двигателей, передаваемый через узлы крепления на конструкцию планера. Для планера современного самолета характерно наличие нескольких десятков собственных форм колебаний в низкочастотной части спектра (изгибных и крутильных форм колебаний фюзеляжа, крыла, стабилизатора и других элементов конструкции планераа.. Взаимодействие некоторых из них с возмущающим воздействием силовой установки может привести к генерированию в кабинах самолетов дискретных низкочастотных составляющих шума высокого уровня. Акустическое поле гермокабины претерпевает существенное изменение с применением двигателей большой двухконтурности. Решение проблем структурного шума низкочастотной части спектра потребует создания нового крепления двигателей (видимо, с встроенными низкочастотными блоками виброизоляции). Ключевые слова: турбовентиляторный двигатель, двухконтуность, спектр, структурный шум

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 104-105 (2019). 106 с. | Рубрики: 08.14 10.06

 

Бойчук И.П., Гринек А.В. «Аэроакустичесое исследование винтов малого масштаба» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 105-106 (2019). 106 с.

Из-за проблем, связанных с установкой и шумом, открытые роторы не нашли коммерческого применения. Современные экспериментальные испытания винтов проводятся в основном в аэродинамических трубах, оснащенных двигателями для вращения роторов и акустическими приборами для снятия шума. Эксперименты в этих установках являются очень дорогими. Из-за сложности производства винтов и высокой стоимости оборудования варьироваться в эксперименте может только небольшое количество параметров ротора. Появление оборудования и методов трехмерной «печати» дает возможность изготовления сложных, мелкомасштабных объектов с высоким разрешением. Для сложного дизайна винта затраты на производство на несколько порядков ниже, чем изготовление одного и того же изделия с использованием обычной обработки. Это позволяет исследовать большое количество концепций с небольшими затратами, отбирая перспективные конфигурации, которые могут в дальнейшем быть протестированы более подробно. При этом при прототипировании винтов возникают проблемы, связанные с масштабированием и обеспечением заданной прочности лопаток винтов. В настоящей работе представлен опыт экспериментального аэроакустического исследования винтов малых масштабов. Эксперименты проводились в безэховой камере. В результате экспериментов получено распределение звукового давления в различных точках камеры для различных частот вращения ротора. Показано, что данные эксперименты могут найти применение при решении проблемы шума взаимодействия открытого ротора.

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 105-106 (2019). 106 с. | Рубрика: 08.14

 

Захаров Ю.И., Захаров В.Ю., Картышев О.А. «Имитационное моделирование процесса образования и распространения звука авиационного источника» Научный вестник ГосНИИ ГА, № 27, с. 35-47 (2019)

Рассматриваются проблемы оценки, анализа и прогнозирования акустического режима приаэродромных территорий, подверженных внешнему неблагоприятному воздействию шума авиационного источника. Предлагается простой интегральный метод акустического расчета звуковых полей авиационного источника с использованием разработанной имитационной модели представления процесса образования и распространения шума такого источника для проведения акустического расчета его звуковых полей. Используются известные принципы прикладной акустики, на основе которых, в рамках исходных граничных условий энергетической теории звука, рассматриваются возможные аспекты выполнения акустического расчета звуковых полей авиационного источника на основе предложенной имитационной модели процесса образования и распространения шума на местности. Описываются результаты практического использования предлагаемого метода расчета звуковых полей для ориентировочной оценки максимальных и эквивалентных (LRi(Амах), LRi(Aэкв.)) уровней авиационного шума с расстоянием (Ri) на приаэродромных территориях. Также на основе таких исходных данных, как уровни звука (звукового давления) в источнике его возникновения (L0) и требуемые уровни звука в объектах защиты (LRi), с учетом геометрических параметров самого источника, определяются численные значения расстояний (Rj) от, собственно, источника до объектов защиты. Приводятся практические примеры акустического расчета, делаются выводы о пригодности метода для предварительной, оперативной ориентировочной количественной оценки ожидаемых значений авиационного шума на территории и обследуемых объектах защиты. Показана реализация метода компьютерной программой AcousticLab.

Научный вестник ГосНИИ ГА, № 27, с. 35-47 (2019) | Рубрики: 08.14 10.01

 

Бычков В.В. «Гиперзвуковое ракетное оружие будущего и российское противостояние западу» Морской сборник, 2075, № 2, с. 73-78 (2020)

Практически все развитые в военно-техническом отношении государства в настоящее время имеют программы создания систем различного назначения с гиперзвуковыми летательными аппаратами (ГЛА). В предлагаемой статье предпринята попытка анализа возможных причин возобновления интереса к ГЛА, проблем научно-технологического характера, возникающих в связи с их созданием.

Морской сборник, 2075, № 2, с. 73-78 (2020) | Рубрика: 08.14