Акустическое проектирование агрегатов систем воздухообмена на транспорте

Аннотация

В данной работе проводится анализ основных источников акустического шума систем воздухообмена на транспорте, в том числе авиационном, на соответствие современным нормам по уровню акустического шума.

Полный текст

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.