Копьев В.А., Копьев В.Ф., Панкратов И.В., Казанский П.Н., Моралев И.А. «Применение ВЧ ДБР плазменных актуаторов для снижения шума элементов планера» Тезисы докладов XX научно-технической конференции по аэроакустике (24–29 сентября 2023 г.) М.: Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского (2023), с. 185-187 (2023)

Настоящая работа продолжает предыдущие исследования авторов в области развития методов активного управления шумом обтекания плохообтекаемых тел. Проведенное исследование, было направленно на развитие способов снижения шума турбулентных течений с помощью плазменных актуаторов на базе поверхностного высокочастотного диэлектрического барьерного разряда (ВЧ ДБР). Продемонстрирована способность ВЧ ДБР плазменного актуатора снижать шум обтекания различных объектов, моделирующих элементы планера самолета, таких как: щель отклоненного предкрылка, полость и полость с размещенным в ней цилиндром. При этом основной целью экспериментов при всех постановках было исследование и демонстрация возможности увеличения значений скорости обтекающего потока, при которых плазменный ВЧ ДБР актуатор сохраняет способность снижать аэродинамический шум, по сравнению с известными и принятыми в литературе значениями границы эффективности (около 30 м/с) для стандартного ДБР плазменного актуатора низкочастотного диапазона.

Котвицкий А.Я., Абдуллаев А.А., Моралев И.А., Устинов М.В. «Подавление естественных вихрей неустойчивости на стреловидном крыле с помощью плазменных актуаторов» Тезисы докладов XX научно-технической конференции по аэроакустике (24–29 сентября 2023 г.) М.: Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского (2023), с. 188-189 (2023)

Неустойчивость поперечного течения является основной причиной перехода к турбулентности на стреловидном крыле. При низкой турбулентности внешнего потока эти вихри являются стационарными и порождаются неоднородностью поверхности. Стратегия противофазного подавления экспоненциально растущих возмущений в пограничном слое пояснена на рис.1а. Пограничный слой на начальном участке роста возмущений может интерпретироваться как линейная динамическая система. В случае достаточной удаленности от источника возмущений выход системы описывается трансверсальным профилем скорости на одной фиксированной высоте от стенки. Для подавления вихрей, созданных шероховатостью, использовался многоканальный плазменный актуатор на основе поверхностного барьерного разряда. Актуатор представлял из себя 16 независимых разрядных секций. Размещение разрядников подобрано таким образом, чтобы обеспечить общее разрешение системы 4 точки на период наиболее нарастающей моды. Принцип действия плазменных актуаторов на основе барьерного разряда основан на генерации объемной силы у кромки коронирующего электрода. Целью управления является поиск такого распределения амплитуд воздействия в многоканальном актуаторе, которое бы приводило к минимизации амплитуды вихрей неустойчивости на некотором расстоянии от передней кромки. Измерения проведены в аэродинамической трубе Д-3 в ОИВТ РАН, при скорости потока 25 м/с и уровне турбулентности менее 0.05%, на стреловидной пластине с наведенным градиентом давления. Начальные возмущения в пограничном слое создавались одиночной либо распределенной шероховатостью вблизи передней кромки модели. Получены отклики пограничного слоя на возбуждение одиночной секцией актуатора. В качестве начального приближения для задачи подавления возмущений использовано решение линейной задачи подавления вихрей в пограничном слое.

Казанский П.Н., Моралев И.А., Копьев В.Ф., Копьев В.А., Панкратов И.В. «Снижение шума каверны с помощью ВЧ ДБР плазменного актуатора с использованием обратной связи» Тезисы докладов XX научно-технической конференции по аэроакустике (24–29 сентября 2023 г.) М.: Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского (2023), с. 190-192 (2023)

Течение газа вблизи каверн различных геометрий приводит к возникновению собственных колебаний давления с амплитудой до 130 дБ. Взаимодействие усиленных в сдвиговом слое волн неустойчивости с задней стенкой каверны приводит к генерации акустических волн. Рассеяние акустических волн на передней кромке вызывает генерацию волн неустойчивости и замыкает естественную петлю обратной связи. Влияние на основные звенья механизма естественной обратной связи лежит в основе активного управления тонами течения в каверне. В частности, использование стабилизирующего контроллера может подавить абсолютную неустойчивость течения и снизить амплитуду колебаний. Целью данной работы являлось снижение акустического шума каверны с помощью ДБР актуатора с использованием обратной связи.

Моралев И.А., Ефимов А.В., Фараносов Г.А., Бычков О.П., Копьев В.А., Копьев В.Ф. «Синтез оптимального регулятора для подавления волн неустойчивости в сдвиговом слое турбулентной струи в широкой полосе частот» Тезисы докладов XX научно-технической конференции по аэроакустике (24–29 сентября 2023 г.) М.: Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского (2023), с. 193-194 (2023)

Рассматривается возможность построения системы противофазного подавления волн неустойчивости с использованием датчиков (термоанемометров или микрофонов) и актуатора, установленного на кромке сопла (например, плазменного актуатора). На достаточно большом удалении от кромки сопла, большая часть энергии возмущений сосредоточена в поршневой азимутальной моде, что позволяет использовать один канал (сумму сигналов с микрофонов или один термоанемометр на оси) для описания выхода системы. Предполагается, что актуатор на кромке сопла также возбуждает только нулевую азимутальную моду. Нарастание возмущений в сдвиговом слое описывается на основе линеаризованных уравнений устойчивости, сформулированных с учетом турбулентной вязкости и нарастания сдвигового слоя. Кривые нарастания возмущений для различных частот использованы для того, чтобы получить передаточные функции струи для различного положения микрофона. Для конкретики, принят режим истечения М=0.6.

Бакланов В.С., Олишевский Д.А., Челебян О.Г. «Роль структурного шума при контроле виброакустического состояния самолета с двигателями нового поколения» Тезисы докладов XX научно-технической конференции по аэроакустике (24–29 сентября 2023 г.) М.: Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского (2023), с. 247-248 (2023)

В ПАО «Туполев» рассмотрены материалы, посвященные развитию авиастроения к 2030–2035 годах, связанные в основном с революционным развитием двигателей с увеличенной степенью двухконтурности и сближении турбовентиляторных двигателей с винтовентиляторным, особенно в случае применения концепции открытый вентилятор (open fan), который прошел испытания весной 2022 г. на демонстраторе широкофюзеляжного самолета Аэробас A380. Выполнение новейших норм шума на местности, период действия которых в последнее время стремительно сокращался, обеспечили двигатели нового поколения большой степени двухконтурности 8–12. Производство самолетов ведущими компаниями Airbus и Boing достигает более 50 в месяц, и они поступают в летные компании, в которых повышение топливной эффективности двигателей играет решающую роль. Ведущие двигательные фирмы объявили о достижениях в новых проектах к 2025 году. Так фирма PW, создавшая 10 редукторных двигателей для 10 типов самолетов с двухконтурностью 12, ведет работы над новым редукторным двигателем двухконтурности 15. Фирмы GE и Safran в рамках совместной программы разработали двигатель с открытым вентилятором (open fan), который позволяет уменьшить потребление топлива более чем на 20% в сравнении с сегодняшними двигателями. Значительный рост степени двухконтурности и сближение турбовентиляторного двигателя с винтовентиляторным, особенно в случае применения редукторной схемы и концепции открытый вентилятор (open fan) ведет к увеличению диаметра вентилятора и образованию ударных волн при сверхзвуковой скорости концов лопаток. Одна из необходимых мер борьбы с ударными волнами – снижение частоты вращения вала вентилятора, в результате чего вибрационный спектр двигателей существенно расширился со сдвигом в низкочастотную часть спектра. 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 колебания фюзеляжа, крыла, стабилизатора и других элементов конструкции планера), взаимодействие некоторых из них с возмущающим воздействием силовой установки приводит к генерированию в кабинах самолетов дискретных низкочастотных составляющих шума высокого уровня. Ожидаемый уровень структурного шума (от вибрационного воздействия двигателей) в гермокабине существенно возрастает в низкочастотной части спектра на 30–40 дБ. При выборе виброзащиты гермокабины самолета на первое место выходят средства снижения виброактивности двигателей и передачи вибраций по конструкции, где наиболее эффективным представляется встраивание блоков виброизоляции в узлы крепления двигателей. Решение проблем структурного шума двигателей нового поколения требует создания нового поколения крепления (с встроенными низкочастотными блоками виброизоляции), разработанного с учетом реальных динамических характеристик конструкции планера самолета и корпусов двигателей нового поколения.