8.3. Снижение избыточного шума ТРД, обусловленного аэроакустическим взаимодействием

В главе 3 описан акустический способ управления шумом дозвуковых турбулентных струй. Рассмотрены два основных эффекта - широкополосное усиление шума струи при ее низкочастотном тональном акустическом возбуждении ) и широкополосное ослабление шума струи при ее высокочастотном акустическом возбуждении. Указанные эффекты сопровождаются соответственно широкополосным усилением или ослаблением турбулентных пульсаций в струе (см. Упомянутые эффекты реализуются при небольших уровнях возбуждения, превышающих некоторый пороговый уровень Многочисленные данные экспериментов иллюстрируют реализацию этих эффектов для холодных и горячих дозвуковых (глава 3) и сверхзвуковых (глава 7) струй. Рассмотрены случаи, когда тональное вынуждающее низкочастотное возбуждение не обнаруживается в дальнем акустическом поле, а также случай, когда само возбуждение является широкополосным. При низкочастотном возбуждении струи диаграмма направленности излучаемого ею шума мало отличается от соответствующей диаграммы для невозбужденной, но соответствующие уровни звукового давления для возбуждения при увеличены на

Поскольку широкополосный подъем спектра пульсаций в дальнем поле нелинейным образом зависит от вынуждающего возбуждения, интенсивность усиленного шума струи не подчиняется закону восьмой степени справедливому для чисто струйного шума при тщательно контролируемых начальных условиях истечения (малых уровнях возбуждения); вместо закона усиленный шум струи изменяется по закону Широкополосное усиление турбулентности и шума часто реализуется при экспериментальных исследованиях струй на различного рода модельных установках для широкого диапазона чисел Маха, Рейнольдса, Струхаля и температур.

Проблема "избыточного" шума турбулентных струй представляет практический интерес применительно к реактивным струям авиационных двигателей . В самом деле, шум реактивных струй ряда двигателей превышает расчетные значения на поскольку внутренние источники шума (компрессор, камера сгорания, турбина) возбуждают реактивную струю, что приводит к росту широкополосного шума.

Для иллюстрации этого приведем третьоктавные спектры шума ТРД

"Olimpus 593" в дальнем поле при и 90° для невозбужденной струи (расчет) и двигателя в целом (рис. 8.14). Заметное различие спектров струи и двигателя может быть, в частности, объяснено избыточным шумом возбужденной струи. На рис. 8.15 показано, как глушение шума (с помощью звукопоглощающей облицовки сопла), распространяющегося вдоль тракта и возбуждающего струю, приводит к уменьшению на избыточного шума двигателя "Olimpus 593".

Рис. 8.14. Спектры шума "при невозбужденная струя, 2 - двигатель в целом

Интересно отметить, что реактивные струи с шумоглушащими насадками (многолепестковые сопла), разрушающими азимутальную однородность крупномасштабных когерентных структур, нечувствительны к внутреннему шуму возбуждения [8.18]

Заметное влияние "внутреннего" шума авиационного двигателя на собственный шум реактивной струи обнаружено при комплексном исследовании на моделях реактивных сопел и натурном ТРД [8.10]. Было установлено, что шум этого двигателя при полностью определяется шумом реактивной струи. Акустические спектры, соответствующие этим значениям были представлены в виде зависимости от числа Струхаля величины где уровень звукового давления в третьоктавной полосе частот, суммарный уровень звукового давления на заданном направлении к оси двигателя при отсчете углов со стороны входа.

(кликните для просмотра скана)

Оказалось, что суммарные уровни звукового давления в дальнем акустическом поле реактивной струи ТРД превышают уровни, соответствующие "чистой невозбужденной струе. Существенные отличия наблюдаются и в спектрах шума струи. На модели сопла, в дозвуковой части которого был установлен стабилизатор пламени, удалось создать начальные возмущения при выходе из сопла (уровни турбулентности и шума), близкие к аналогичным возмущениям при выходе из ТРД. Это привело к сближению спектров модельной и натурной струй (рис. 8.16). Справедливость этих результатов подтверждается также при сравнении зависимостей для модельного и натурного шумоглушителей струи. На рис. 8.17 приведены зависимости для модельного шумоглушителя в схеме сопла со стабилизатором и натурного шумоглушителя, кривые почти совпадают. Та же зависимость для модели шумоглушителя на сопле без стабилизатора не совпадает с зависимостью для двигателя.

Рис. 8.17. Зависимости при для модельного и натурного шумоглушителей струи: 1 - двигатель, 2 - модель сопла без стабилизатора, 3 - модель сопла со стабилизатором

Литература

(см. скан)

(см. скан)