Acoustic designing of air exchange system units on the transport

Abstract

The paper analyzes the main sources of acoustic noise of air exchange systems on transport, including aviation, to meet modern standards in terms of acoustic noise.

Full Text

Постановка задачи Современные виды транспортных средств, в частности воздушный вид транспорта, требуют повышенного контроля за показателями качества их конструкций, в числе которых необходимо выделить значения показателей шума и вибрации. Что касается авиационного и автомобильного транспорта, к числу основных источников интенсивного шума в салоне относят систему кондиционирования воздуха (СКВ). Цель работы - акустический анализ газодинамических шумов, генерируемых агрегатами систем воздухообмена на транспорте, определение соответствия уровня акустического шума современным нормам, выявление новых подходов к снижению акустического шума агрегатов систем воздухообмена на транспорте. Для решения поставленной задачи был проведен анализ акустических характеристик в салонах и кабинах экипажа пассажирских самолётов. Проведём сравнительный анализ уровней шума в самолётах Ту-154; Ту-134 и др. на соответствие предельному спектру ПС-80 (Экономический класс перевозок) согласно ГОСТ 20296-81 «Самолёты и вертолёты гражданской авиации. Допустимые уровни шума в салонах и кабинах экипажа и методы измерения шума». Измерения проводились в летных условиях с регистрацией уровня звукового давления на крейсерской высоте с крейсерской скоростью. В контрольных точках проводилось не менее двух серий измерений интенсивности и уровней шума направленным и стандартным способами. Как видно из таблицы 1, осреднённый спектр, полученный в кабине самолёта Ту-154, превышает предлагаемую норму на 6 дБ от нормы на частоте 125 Гц. Таблица 1 Осреднённый уровень звукового давления (дБ) в кабинах самолётов Объект Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 Требования ГОСТ 20296-81 ПС-80 110 99 92 87 83 80 78 76 74 Як-40 78 85 88 81 75 70 63 64 65 Ил-62 89 92 91 87 82 75 68 60 55 Ту-134А 81 85 78 79 75 69 63 53 45 Ту-154 85 95 98 88 80 75 70 65 55 Ту-204 - - - 73 76 70 61,2 60,3 59,5 К числу основных источников интенсивного шума в гермокабинах современных самолётов относятся воздушный поток, обтекающий конструкцию, силовая установка и бортовое оборудование - прежде всего, это СКВ и САРД. Шум, создаваемый СКВ, в ряде случаев является определяющим, учитывая то, что удельный вес этого шума растёт с увеличением числа пассажиров и объема гермокабины, обусловливающим повышение расходов воздуха через СКВ. Требования по уровню шума в салоне самолётов и вертолётов ужесточаются с каждым годом, особенно это относится к технике иностранного производства, т.к. уровень шума в гермокабине является важной конкурентоспособной потребительской характеристикой. Уровень шума в салоне самолета можно уменьшить за счет уменьшения шума, создаваемого системами кондиционирования воздуха и системами автоматического регулирования давления, особенно это относится к шуму в области высоких частот. При выключенной СКВ уровень шума в гермокабине снижается на 6…12дБ, что воспринимается на слух как его уменьшение в 2…4 раза. Анализ акустических характеристик показал, что в салонах и кабинах экипажа пассажирских самолётов основными источниками шума СКВ и САРД являются: · турбохолодильники; · регулирующие заслонки; · эжекторы; · выпускные устройства САРД; · узлы систем разводки воздуха. Все агрегаты СКВ являются источниками аэродинамического шума. По своей природе аэродинамические шумы могут быть разбиты на следующие группы. 1. Шумы отрывных течений, возникающие при отрыве потока и образовании замкнутых и разомкнутых вихревых зон, пульсации границ которых приводят к появлению пульсации давлений и генерации широкополосного шума. Этот шум имеет дипольный характер и подчиняется зависимостям, характерным для вихревого шума (пропорционально шестой степени скорости V6). Данный шум широко представлен в шуме, образующемся при течении в элементах воздуховодов и заслонках СКВ. 2. Шумы, возникающие из-за образования вихрей у твёрдых границ потока. К ним относится вихревой шум, образующийся из-за срыва вихрей при обтекании тел, и шум пограничного слоя, источником которого является турбулентность потока у поверхностей обтекаемого тела или канала. Эти шумы характерны для вентиляторов, турбокомпрессоров. Причины вихревого шума - образование воздействующих на среду переменных сил или давлений у твердых границ. 3. Шум турбулентного характера, возникающий вдали от твердых границ потока при перемешивании потоков, движущихся с разными скоростями. Этот шум носит квадриупольный характер и характерен для эжекторов и линий выброса сжатого воздуха (пропорциональность V8). Как следует из изложенного выше, СКВ и САРД самолёта являются сложным техническим устройством, при работе излучающим достаточно интенсивный шум, который требуется снижать до уровня, соответствующего нормативным требованиям. Характеристики излучаемого шума зависят как от конструкции собственно системы в целом, так и от отдельных конструктивных решений основных агрегатов, а также в значительной мере от конструкции систем подачи воздуха в герметичную кабину, распределительных устройств и собственно конструкции патрубков подачи воздуха. Основными направлениями снижения шума агрегатов СКВ и САРД являются: · улучшение аэродинамики проточных частей агрегатов за счет уменьшения возможности отрыва потока и образования вихревых зон; · уменьшение диаметра истекающих струй за счет их разделения на более мелкие, особенно при критических и сверхкритических перепадах давлений; · введение податливости границ источников шума, подменяющих дипольный характер излучения монопольным, как менее шумным; · уменьшение скорости потока, приводящее к превалирующему излучению звука монопольного характера. Основными конструктивными решениями снижения шума агрегатов СКВ и САРД являются: · применение зубчатых рассекателей струи в эжекторах и выпускных клапанах САРД; · применение перфорированных дроссельных шайб совместно с регулирующими заслонками; · применение глушителей шума на входе в трубопроводы разводки воздуха по гермокабине; · оптимизация аэродинамических форм каналов; · стабилизация потока за агрегатами СКВ с максимально возможным исключением срывных образований; · использование нанокомпозиционных материалов с внутренним вибродемпфированием. Выводы 1. В данной работе был проведен акустический анализ газодинамических шумов, генерируемых агрегатами систем воздухообмена на транспорте, и определено соответствие уровня акустического шума современным нормам. 2. Выявлены основные источники акустического шума в системах воздухообмена на транспорте. 3. Даны практические рекомендации по основным конструктивным решениям снижающим акустический шум в системе воздухообмена.