Научная статья на тему 'Оценка влияния диаметра воздушного винта на акустические характеристики силовой установки легкого самолета'

Оценка влияния диаметра воздушного винта на акустические характеристики силовой установки легкого самолета Текст научной статьи по специальности «Физика»

CC BY
808
146
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Область наук
Ключевые слова
PROPELLER NOISE / PROPELLER POWER PLANT NOISE / LIGHT PROPELLER AIRCRAFT NOISE / COMMUNITY AIRCRAFT NOISE / ШУМ ВОЗДУШНОГО ВИНТА / ШУМ ВИНТОМОТОРНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ / ШУМ ЛЕГКИХ ВИНТОВЫХ САМОЛЕТОВ / ШУМ САМОЛЕТА НА МЕСТНОСТИ

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Мошков П.А., Самохин В.Ф.

Представлены результаты выполненных расчетно-экспериментальных исследований влияния диаметра воздушного винта на акустические характеристики винтомоторной силовой установки (СУ) легкого самолета с целью определения метода снижения шума на местности данного класса самолетов за счет изменения диаметра воздушного винта при условии сохранения аэродинамического и геометрического подобия винтов и неизменности частоты вращения. Экспериментальный метод основан на сравнительном анализе измеренных в статических условиях акустических характеристик силовых установок легких винтовых самолетов МАИ-223М и F30, отличающихся только диаметрами винтов и, соответственно, окружными скоростями при постоянной частоте вращения винтов. Расчетная оценка базируется на полуэмпирическом методе расчета шума воздушных винтов. В результате выполненных исследований установлено, что незначительное уменьшение диаметра винта на 3,3 % приводит к снижению суммарного шума силовой установки легкомоторного самолета на 1,5 дБ. При этом ожидаемое расчетное значение величины снижения гармонического шума винта от аэродинамической нагрузки составляет 1,2 дБ. Различие расчетных и экспериментальных данных объясняется тем, что при расчете не учитывалась составляющая шума винта от вытеснения. На основании полуэмпирической модели шума воздушного винта получено соотношение для определения влияния диаметра винта на гармоническую составляющую шума винта от аэродинамической нагрузки при условии геометрического и аэродинамического подобия винтов, а также при условии постоянства частоты вращения. Сравнение уровней звуковой мощности высокочастотного широкополосного излучения (1000-5000 Гц) СУ самолетов МАИ-223М и F30, имеющих аэродинамически подобные винты разного диаметра, показало, что различие в уровнях звуковой мощности может быть связано не только с различием в диаметрах винтов, но и с наличием дополнительных источников генерации шума, связанных с компоновкой винтомоторной силовой установки на самолете (в частности, обтекание индуктивным потоком от винта воздухозаборника маслорадиатора двигателя).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

EVALUATION OF THE INFLUENCE OF DIAMETER PROPELLER ON THE ACOUSTICS CHARACTERISTIC OF THE POWER PLANT BY THE LIGHT AIRCRAFT

The article presents the results of the performed computational and experimental studies of the influence of the propeller diameter on the acoustic characteristics of the power plant (PP) by the light aircraft to determine the method of community aircraft noise reduction of this class of aircraft by changing the diameter of the propeller while maintaining the aerodynamic and geometric similarity and propellers invariance of the rotation frequency. The experimental method is based on a comparative analysis of the measured under static conditions of acoustic characteristics by the power plants of light propeller aircraft MAI-223M and F30, differing only in the propeller diameter and thus tip speeds at a constant frequency of rotation propellers. Calculated estimate is based on semiempirical method for calculating propellers noise. As a result of the research it has been found that a slight decrease in the diameter of the propellers on the 3.3 % leads to the reduce of the total noise power plant light aircraft by 1.5 dB. At the same time the estimated value of the expected reduction of tonal loading propeller noise is 1.2 dB. The difference between the calculated and experimental data is explained by the fact that the calculation does not take into account the thickness noise. Based on semiempirical model propeller noise ratio is obtained to determine the effect of the propeller diameter on the load propeller noise on the condition of the geometric and aerodynamic similarity propellers, and at a constant rotation frequency. Comparison of sound power levels of high-frequency broadband radiation (1000-5000 Hz) PP aircraft MAI-223M and F30, with aerodynamically similar propellers of different diameters, showed that the difference in the sound power level may be related not only to the difference in the diameter of the propellers but the presence of other sources of noise generation related to the arrangement of the power plant for propeller aircraft (particularly wrap inductive flow from the propeller the inlet oil cooler of the engine).

Текст научной работы на тему «Оценка влияния диаметра воздушного винта на акустические характеристики силовой установки легкого самолета»

УДК 534.83:629.735.33

Вестник СибГАУ Том 17, № 1. С. 154-160

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ДИАМЕТРА ВОЗДУШНОГО ВИНТА НА АКУСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ ЛЕГКОГО САМОЛЕТА

П. А. Мошков*, В. Ф. Самохин

Центральный аэрогидродинамический институт имени проф. Н. Е. Жуковского Российская Федерация, 140180, г. Жуковский, Московская область, ул. Жуковского, 1

E-mail: moshkov89@bk.ru

Представлены результаты выполненных расчетно-эксперименталъных исследований влияния диаметра воздушного винта на акустические характеристики винтомоторной силовой установки (СУ) легкого самолета с целью определения метода снижения шума на местности данного класса самолетов за счет изменения диаметра воздушного винта при условии сохранения аэродинамического и геометрического подобия винтов и неизменности частоты вращения. Экспериментальный метод основан на сравнительном анализе измеренных в статических условиях акустических характеристик силовых установок легких винтовых самолетов МАИ-223Ми F30, отличающихся только диаметрами винтов и, соответственно, окружными скоростями при постоянной частоте вращения винтов. Расчетная оценка базируется на полуэмпирическом методе расчета шума воздушных винтов. В результате выполненных исследований установлено, что незначительное уменьшение диаметра винта на 3,3 % приводит к снижению суммарного шума силовой установки легкомоторного самолета на 1,5 дБ. При этом ожидаемое расчетное значение величины снижения гармонического шума винта от аэродинамической нагрузки составляет 1,2 дБ. Различие расчетных и экспериментальных данных объясняется тем, что при расчете не учитывалась составляющая шума винта от вытеснения. На основании полуэмпирической модели шума воздушного винта получено соотношение для определения влияния диаметра винта на гармоническую составляющую шума винта от аэродинамической нагрузки при условии геометрического и аэродинамического подобия винтов, а также при условии постоянства частоты вращения. Сравнение уровней звуковой мощности высокочастотного широкополосного излучения (1000-5000 Гц) СУ самолетов МАИ-223М и F30, имеющих аэродинамически подобные винты разного диаметра, показало, что различие в уровнях звуковой мощности может быть связано не только с различием в диаметрах винтов, но и с наличием дополнительных источников генерации шума, связанных с компоновкой винтомоторной силовой установки на самолете (в частности, обтекание индуктивным потоком от винта воздухозаборника маслорадиатора двигателя).

Ключевые слова: шум воздушного винта, шум винтомоторной силовой установки, шум легких винтовых самолетов, шум самолета на местности.

Vestnik SibGAU Vol. 17, No. 1, P. 154-160

EVALUATION OF THE INFLUENCE OF DIAMETER PROPELLER ON THE ACOUSTICS CHARACTERISTIC OF THE POWER PLANT BY THE LIGHT AIRCRAFT

P. A. Moshkov*, V. F. Samokhin

Central Aerohydrodynamic Institute named after N. E. Zhukovsky 1, Zhukovsky Str., Zhukovsky, Moscow Region, 140180, Russian Federation E-mail: moshkov89@bk.ru

The article presents the results of the performed computational and experimental studies of the influence of the propeller diameter on the acoustic characteristics of the power plant (PP) by the light aircraft to determine the method of community aircraft noise reduction of this class of aircraft by changing the diameter of the propeller while maintaining the aerodynamic and geometric similarity and propellers invariance of the rotation frequency. The experimental method is based on a comparative analysis of the measured under static conditions of acoustic characteristics by the power plants of light propeller aircraft MAI-223M and F30, differing only in the propeller diameter and thus tip speeds at a constant frequency of rotation propellers. Calculated estimate is based on semiempirical method for calculating propellers noise. As a result of the research it has been found that a slight decrease in the diameter of the propellers on the 3.3 % leads to the reduce of the total noise power plant light aircraft by 1.5 dB. At the same time the estimated value of the expected reduction of tonal loading propeller noise is 1.2 dB.

The difference between the calculated and experimental data is explained by the fact that the calculation does not take into account the thickness noise. Based on semiempirical model propeller noise ratio is obtained to determine the effect of the propeller diameter on the load propeller noise on the condition of the geometric and aerodynamic similarity propellers, and at a constant rotation frequency. Comparison of sound power levels of high-frequency broadband radiation (1000-5000 Hz) PP aircraft MAI-223M and F30, with aero dynamically similar propellers of different diameters, showed that the difference in the sound power level may be related not only to the difference in the diameter of the propellers but the presence of other sources of noise generation related to the arrangement of the power plant for propeller aircraft (particularly wrap inductive flow from the propeller the inlet oil cooler of the engine).

Keywords: propeller noise, propeller power plant noise, light propeller aircraft noise, community aircraft noise.

Введение. Проблема установления методов снижения шума на местности легкомоторных самолетов общего назначения является актуальной в связи с действием и постоянным ужесточением национальных и международных норм на предельно допустимые уровни шума таких самолетов на местности [1; 2]. Другой аспект актуальности проблемы снижения шума винтомоторных силовых установок заключается в снижении степени акустической заметности малоразмерных беспилотных летательных аппаратов с винтомоторной силовой установкой, используемых для решения задач специального назначения.

В зарубежных работах на сегодняшний день опубликованы следующие представления о влиянии диаметра на акустические характеристики воздушных винтов [3-5]. При увеличении диаметра винта нагрузка на лопасти уменьшается, что приводит к уменьшению гармонической составляющей шума от аэродинамической нагрузки. Поэтому увеличение диаметра приводит к снижению шума на взлетном режиме работы СУ. В то же время при низкой окружной скорости следует ожидать более высокий КПД у винта с увеличенным диаметром, и поэтому для заданной тяги требуется меньшая располагаемая мощность силовой установки. Увеличение диаметра винта может сочетаться с уменьшением окружной скорости в концевом сечении лопасти винта для более существенного снижения шума.

В то же время подобные заключения справедливы при существенном изменении величины диаметра винта. Интересно рассмотреть ситуацию незначительного уменьшения или увеличения диаметра винта на 3-5 % и оценить при этом влияние диаметра винта на акустическое поле СУ при условии сохранения законов распределения по размаху лопасти основных геометрических параметров (хорда, крутка и толщина). Следует отметить, что при незначительном уменьшении диаметра необходимо незначительно увеличить шаг винта для обеспечения сохранения тяги на взлетном режиме работы СУ по сравнению с винтом большего диаметра.

Условия выполнения оценки влияния диаметра винта на акустические характеристики СУ. Оценка влияния диаметра на акустические характеристики винта в настоящей работе выполняется при следующих условиях сравнения:

- принцип равенства тяги сравниваемых винтов;

- принцип сохранения аэродинамического подобия (квазипостоянство числа Рейнольдса на относительном радиусе лопасти г = 0,75 ^е0,75));

- условие постоянства частоты вращения винтов.

Ниже проводится оценка влияния диаметра винта на его акустические характеристики с помощью экспериментального и расчетного методов. Экспериментальный метод основан на сравнительном анализе измеренных в статических условиях акустических характеристик силовых установок ЛВС, отличающихся только диаметрами винтов и, соответственно, окружными скоростями при постоянной частоте вращения винтов. Расчетная оценка базируется на полуэмпирическом методе расчета шума воздушных винтов [6; 7].

Экспериментальное исследование влияния диаметра винта на энергетические характеристики акустического излучения СУ. Сравнительный анализ акустических характеристик винтов разного диаметра проводится на примере силовых установок двух легких винтовых самолетов МАИ-223М и Б30. Общий вид самолетов представлен на рис. 1 и 2. Силовые установки самолетов МАИ-223М и Б30 включают в себя поршневые двигатели ROTAX-912ULS, заключенные в капот, и тянущие трехлопастные воздушные винты фиксированного шага производства «Киев-Проп» диаметрами 1,8 и 1,74 м соответственно [8; 9]. Уменьшение диаметра составляет = 3,3 %. Законы распределения по размаху лопасти основных геометрических параметров (хорда, крутка и толщина) являются практически неизменными. Следует отметить, что шаг винта меньшего диаметра по данным разработчиков данных самолетов (ОСКБЭС МАИ) возрос до 1,3 в сравнении с 1,25 у винта большего диаметра. Незначительное увеличение шага винта необходимо для обеспечения сохранения неизменной тяги на взлетном режиме работы.

Акустические испытания проведены для шести различных режимов работы силовых установок самолетов, определяемых частотой вращения коленвала двигателя. Данные о режимах работы двигателя ROTAX-912ULS представлены в таблице.

Режимы работы двигателя во время испытаний

№ режима Частота вращения коленвала, об/мин

1 4000

2 4200

3 4400

4 4600

5 4800

6 5000

Рис. 2. Общий вид самолета F30

напраОмвниЕ бв/тра

Рис. 3. Схема расположения точек измерения шума на дуге окружности радиусом 30 м

Во время испытаний измерялось звуковое давление в 13-ти точках акустического поля, расположенных на дуге окружности радиусом 30 м и с шагом 15° (рис. 3). Центр окружности совпадал с проекцией втулки винта на земную поверхность. Направление 0° соответствовало излучению в переднюю полусферу в плоскости, проходящей через ось винта, а направление 90° соответствовало направлению излучения в плоскости диска винта. Измерительные точки располагались на уровне земной поверхности, что позволяло исключить влияние интерференции звука на измеряемые уровни шума.

Для регистрации акустических измерений и последующей обработки данных использовалась измерительная система PORTABLE. Основные параметры регистрации сигнала на цифровом магнитофоне: частота квантования сигнала - 51200 Гц, протяженность записи на одном режиме - 30 с, регистрация полезного сигнала осуществлялась параллельно с 13-ти измерительных каналов. Обработка измеренного звукового давления включала в себя получение узкополосных

спектров с шириной полосы 1,56 Гц в диапазоне частот 0-10000 Гц и третьоктавных спектров звукового давления в диапазоне частот 16-10000 Гц.

Во время испытаний проводилось измерение параметров атмосферы (температуры, давления и относительной влажности), а также скорости и направления ветра.

Поскольку диаметры у рассматриваемых винтов различаются незначительно (расхождение не превышает 3,5 %), то можно ожидать, что обобщенные пространственные и спектральные характеристики винтов на сходных режимах работы также будут близкими. Поэтому ниже представлены результаты анализа влияния диаметра винта только на энергетические характеристики акустического излучения силовой установки.

Энергетический анализ акустического излучения силовой установки самолета выполнен на основании измеренных в 13-ти точках акустического поля треть-октавных и узкополосных спектров уровней звукового давления. Суммарный уровень звуковой мощности

СУ, а также уровни звуковой мощности отдельных составляющих излучения воздушного винта рассчитывались в соответствии с соотношением [10]:

к

¿Г = 10^(кЯ2|10М0 8Ш(Ф)^Ф), (1)

0

где Я _ расстояние от источника до точки измерения шума; ф - угол направления излучения и соответствующий ему уровень звукового давления

На рис. 4 показаны для статических условий зависимости суммарных уровней звуковой мощности СУ самолетов МАИ-223М с винтом диаметром 1,8 м и Б30 с винтом диаметром 1,74 м от режима работы СУ, характеризуемого частотой вращения воздушного

винта. Можно видеть, что на сходственных режимах работы СУ суммарный уровень звуковой мощности СУ с винтом диаметром 1,8 м на ~1,5 дБ выше, чем суммарный уровень звуковой мощности СУ с винтом диаметром 1,74 м, и это соотношение справедливо для всех рассматриваемых режимов.

На рис. 5 представлены зависимости уровней звуковой мощности излучения на частотах, кратных частоте следования лопастей винта (Ьтв, ЬШв, Ьцг3в), а также уровней суммарной звуковой мощности первых шести гармоник шума вращения винта (¿^1_6в) от режима работы СУ при различных значениях диаметра винта.

128

126

124

-I

122

120

118

♦ РЗО

((1-1.7 ЧАИ- 4м) "ЗМ

(<3=1,8 м)

...у" ♦

г" V

1600

1700

1800

1900

2000

2100

частота вращения винта, об/мин

Рис. 4. Снижение суммарного уровня звуковой мощности винта при уменьшении его диаметра при условии сохранения неизменными тяги и частоты вращения при различных режимах работы СУ

и к

126 124 122 120 Е 118 116 114 112 110

♦ КН)

(Н—1 7 4м)

■ МАИ-, >23М Л г-

(<1=1,8 м) <

-г: ►

"""

1600 1700 1800 1900 2000 2100 частота вращения винта, об/мин

а

118 116 114

и

к 112

110 108 106 104

*Р30 | ■

■МАИ 223М

(с1—1_8 ы)

*

1600 1700 1800 1900 2000 2100 частота вращения винта, об/мин

114

112

ш 110

ч.

в 108

106

104

102

♦Р30{ й=1,74м) 1 ■

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

■ МАЕ -223М

(<1-1, Вм)

■ Г

1600 1700 1800 1900 2000 2100 частота вращения винта, об/мин

126 124 ш122 117П

ш

'О ¿118

116

114

112

♦ Р. 0 ( {1-1,7. 1м) -А

■ м \T-T-mTv 1 ♦<

(й -1,8м) ■

160и 1ЛХ) 180(1 1УиО 2Ши 21011

частота вращения винта, об/мин

Рис. 5. Снижение суммарного уровня звуковой мощности отдельных составляющих излучения воздушного винта при уменьшении его диаметра при условии сохранения неизменными тяги и частоты вращения при различных режимах работы СУ: а _ уровни звуковой мощности излучения на частоте 1-й гармоники шума вращения винта, Ьтв; б _ уровни звуковой мощности излучения на частоте 2-й гармоники шума вращения винта, Ь№2в; в _ уровни звуковой мощности излучения на частоте 3-й гармоники шума вращения винта, Ьтв\ г _ уровни суммарной звуковой мощности первых шести гармник

шума вращения винта, Ьт 6в

Можно видеть (рис. 5, а, в), что при данных условиях сравнения уменьшение диаметра приводит к уменьшению уровней звуковой мощности излучения на частоте первой и третьей гармоник шума вращения на 0-2 и 1-5 дБ соответственно, в зависимости от режима работы СУ. При этом уменьшение уровня звуковой мощности излучения на частоте второй гармоники шума вращения винта составляет 4 дБ, и это соотношение справедливо во всем диапазоне рассматриваемых режимов работы (рис. 5, б). В то же время уменьшение суммарного уровня звуковой мощности первых шести гармоник шума винта составляет 1-2 дБ (рис. 5, г), что свидетельствует о доминирующей роли первой гармоники в гармонической составляющей шума вращения винта.

На рис. 6 рассмотрены графики изменения уровней звуковой мощности широкополосного высокочастотного излучения в диапазоне частот 1000-5000 Гц силовых установок самолетов МАИ-223М и Б30 при различных режимах работы СУ. Можно видеть, что у самолета АИ-223М суммарные уровни звуковой мощности широкополосного излучения превышают на 1,5-4 дБ соответствующие уровни звуковой мощности самолета Б30. Возможно, что доминирующим источником широкополосного акустического излучения в случае СУ самолета МАИ-223М является обтекание воздухозаборника радиатора двигателя индуктивным потоком от винта, габариты которого заметно больше, чем у самолета Б30 (см. рис. 1 и 2).

110

109 108 и 107 1106 * 105 104 103 102

рзп ..........»

Гй=1.' 4м1

(¡1-1 4

».....'

■ ♦

1600 1700 1800 1900 2000 частота вращения вшпа. об/мин

2100

Рис. 6. Снижение суммарного уровня звуковой мощности широкополосного излучения (1000-5000 Гц) воздушного винта при уменьшении его диаметра при условии сохранения неизменными тяги и частоты вращения при различных режимах работы СУ

Ранее было показано [11-15], что среди основных источников шума воздушного винта выделяется так называемый шум вращения, источником которого является действующая на лопасть винта аэродинамическая нагрузка, шум, обусловленный вытеснением среды телом лопасти, а также шум вихревого происхождения, одним из источников которого является турбулентный след за лопастями. В шуме винтомоторной СУ самолета, помимо винта и двигателя, может иметь место дополнительный источник акустического излучения, связанный с обтеканием индуктивным потоком от винта элементов конструкции планера самолета (например, обтекание воздухозаборника радиатора (см. рис. 1)). Сравнение уровней звуковой мощности высокочастотного широкополосного излучения (1000-5000 Гц) СУ самолетов МАИ-223М

и Б30, имеющих аэродинамически подобные винты разного диаметра, показало, что различие в уровнях звуковой мощности может быть связано не только с различием в диаметрах винтов, но и с наличием дополнительных источников генерации шума, связанных с компоновкой винтомоторной силовой установки.

Расчетная оценка влияния диаметра винта на его звуковую мощность. Ранее при анализе полуэмпирической модели шума винта [6; 7; 14] было установлено, что мощность акустического излучения ма-лонагруженного воздушного винта, у которого доминирующими являются источники дипольного типа от аэродинамической нагрузки, пропорциональна числу Маха характерной скорости обтекания профиля

лопасти в восьмой степени Ё 8?(, квадрату коэффициента тяги винта а2 и коэффициенту мощности Р:

Р

ра

а

{Т.%т ^

М,

2 %,

51 п6 а8

(2)

где с1 - эмпирический коэффициент пропорциональности; а - диаметр винта, м; а - максимальная толщина аэродинамического профиля винта на эффективном радиусе, м; г - относительный радиус винта; с0 - скорость звука, м/с; г - число лопастей; Ьэ - хорда лопасти в эффективном сечении, м; р - плотность воздуха, кг/м3; п - частота вращения воздушного винта, об/с.

Отметим, что винты рассматриваемых самолетов являются геометрически и аэродинамически подобными, а режимы их работы соответствуют автомодельным режимам. В этом случае, используя выражение (2), можно оценить влияние диаметра на звуковую мощность гармонической составляющей шума вращения воздушного винта от аэродинамической нагрузки.

Основным условием сравнения акустических характеристик двух винтов является равенство их тяг на сходственных режимах работы, т. е.:

а2 п22 а24 а,п,2 а,4

= 1.

(3)

У винта самолета Б30 при меньшем диаметре а1 шаг увеличен на 4 %, и, следовательно, выше значение коэффициента тяги, т. е. а1 > а2. Если допустить, что в соотношении (3) увеличение шага винта самолета Б30 на 4 % полностью компенсируется соответствующим уменьшением диаметра на 3,3 %, то при равенстве частот вращения п2 = п1 число Маха окруж-

ной скорости винта

М 51 =

пап

самолета Б30 также

уменьшится на 3,3 %. В этом случае, в соответствии с соотношением (2), для составляющей шума вращения винта от аэродинамической нагрузки отношение мощностей акустического излучения винтов самолетов МАИ-223М и Б30 будет равно:

^ = а2 М?12 П26 а28 = а2^6 (4)

Wl а2М2^6а8 а?и6 '

При условии, что малое изменение диаметра не влечет за собой заметного изменения пространственных и частотных характеристик акустического

излучения винта, ожидаемое расчетное изменение уровня интенсивности шума за счет изменения диаметра винта и соответствующего изменения окружной скорости при условии постоянства частоты вращения винтов (п1 = п2) и тяги будет равно:

Мж = 1Ж2 - V = 201н ^ + 601н ^, (5)

а1 их

где их =па1п1, и2 =па2п2 - окружные скорости сравниваемых винтов.

После подстановки в выражение (5) значений диаметров воздушных винтов самолетов МАИ-223М (а1 = 1,8 м) и Б30 (а2 = 1,74 м) и окружных скоростей получим, что для рассматриваемых условий сравнения ожидаемое расчетное снижение уровня звуковой мощности составляющей шума вращения от аэродинамической нагрузки винта самолета Б30 по сравнению с винтом самолета МАИ-223М составляет ~1,2 дБ.

Эффект снижения шума вращения винта от аэродинамической нагрузки при постоянстве частоты вращения за счет уменьшения диаметра заключается, по-видимому, в снижении интенсивности шума источников дипольного типа за счет уменьшения окружной скорости (в общем случае интенсивность шума диполя пропорциональна окружной скорости винта в шестой степени), а также, возможно, за счет некоторого смещения точки приложения равнодействующей аэродинамической нагрузки ближе к втулке винта непосредственно вследствие уменьшения диаметра.

Экспериментально установленное снижение суммарного уровня звуковой мощности силовой установки самолета Б30 по сравнению с винтом самолета МАИ-223М (см. рис. 4) составляет ~1,5 дБ. Расчетное значение снижения шума винта за счет уменьшения диаметра и соответствующего уменьшения окружной скорости несколько ниже полученного в эксперименте. Это, возможно, связано с тем, что в расчетной оценке не учитывалась роль составляющей шума вращения винта от «вытеснения».

Заключение. Мощность акустического излучения СУ легкого винтового самолета с тянущим винтом зависит от интенсивности акустического излучения винта двигателя и от аэродинамической компоновки агрегатов двигателя. Для самолета Б30 значительное снижение суммарного уровня звуковой мощности силовой установки по сравнению с СУ самолета МАИ-223М на величину до 1,5 дБ при прочих равных условиях объясняется снижением шума винта от аэродинамической нагрузки. При этом расчетное ожидаемое снижение уровня звуковой мощности гармонической составляющей шума вращения винта от аэродинамической нагрузки, связанной с уменьшением диаметра винта на 0,06 м и соответствующим уменьшением окружной скорости в концевом сечении лопасти винта, при постоянной частоте вращения винта составляет 1,2 дБ. Некоторое расхождение расчетных и экспериментальных данных объясняется, возможно, тем, что при расчетной оценке не учитывалась роль составляющей шума винта от «вытеснения».

Таким образом, применение на самолете МАИ-223М воздушного винта меньшего диаметра по сравнению со штатным можно рассматривать как конструктивный способ снижения шума на местности данного самолета. При этом необходимо учитывать также влияние компоновки агрегатов двигателя на генерацию широкополосного акустического излучения СУ в целом.

На основании полуэмпирической модели шума винта получено соотношение для определения влияния диаметра винта на уровень звуковой мощности СУ при условии геометрического, аэродинамического подобия винтов и постоянстве частоты вращения.

Библиографические ссылки

1. Охрана окружающей среды. Приложение 16 к Конвенции о международной гражданской авиации. Т. 1. Авиационный шум. 6-е изд., ИКАО. 2011.

2. Авиационные Правила. Часть АП-36. Сертификация воздушных судов по шуму на местности / Межгосударственный авиационный комитет, 2003.

3. Aeroacoustics of flight vehicles: Theory and Practice. Vol. 1. Noise sources. NASA References Publication 1258. Vol. 1. WRDC. Technical report 90-3052. 1991.

4. Hanson D. B. Influence of propeller design parameters on far field harmonic noise in forward flight // AIAA Journal. 1980. Vol. 18, No. 2. P. 1313-1319.

5. Prediction procedure for near-field and far-field propeller noise, AIR 1407. Soc. of Automotive Engineers, Inc., 1977.

6. Самохин В. Ф. Об одном подходе к расчету дальнего акустического поля воздушного винта // Труды ЦАГИ. 1988. Вып. 2355. С. 65-75.

7. Самохин В. Ф. Полуэмпирический метод прогноза шума воздушного винта // Инженерно-физический журнал. 2012. Т. 85, № 5. С. 1064-1072.

8. Руководство по технической эксплуатации самолета МАИ-223М. М. : МАИ, 2013. 138 с.

9. Flight manual. F30 Brio. F. G. model. 147 p.

10. Расчеты и измерения характеристик шума, создаваемого в дальнем звуковом поле реактивными самолетами / под. ред. Л. И. Соркина. М. : Машиностроение, 1968. 99 с.

11. Самохин В. Ф., Мошков П. А. Акустические характеристики легкого винтового самолета с двигателем внутреннего сгорания [Электронный ресурс] // Труды МАИ. 2012. Вып. 57. URL: http://www. mai.ru/ science/trudy/published.php?ID=30715. Дата публикации 30.06.2012.

12. Самохин В. Ф., Мошков П. А. Исследование акустических характеристик легкого винтового самолета «Вильга-35А» на режимах горизонтального полета // Вестник Московского авиационного института. 2014. Т. 21, № 2, С. 55-65.

13. Мошков П. А. Некоторые результаты экспериментального исследования акустических характеристик силовой установки сверхлегкого самолета в статических условиях // Научно-технический вестник Поволжья. 2014. № 6. С. 265-270.

14. Самохин В. Ф., Мошков П. А. Экспериментальное исследование акустических характеристик силовой установки самолета Ан-2 в статических условиях // Труды МАИ. 2015. Вып. № 82. URL: http:// www.mai.ru/science/trudy/published.php?ID=58711. Дата публикации 26.06.2015.

15. Мошков П. А. Классификация источников шума легких винтовых самолетов на местности // Научно-технический вестник Поволжья. 2015. № 4. С. 101-106.

References

1. Okhrana okruzhayushchey sredy. Prilozhenie 16 k Konventsii o mezhdunarodnoy grazhdanskoy aviatsii. Tom 1. Aviatsionnyy shum. [Annex 16 to the Convention on International Civil Aviation: Environmental Protection. Vol. I. Aircraft Noise]. 6th ed., ICAO Publ., 2011.

2. Aviatsionnye Pravila. Chast' 36. Sertifikatsiya vozdushnykh sudov po shumu na mestnosti [Aviation Regulations. Pt. 36. Aircraft noise received on the ground certification]. Moscow, Interstate Aviation Committee, Aviaizdat Publ., 2003. 122 p.

3. Aeroacoustics of flight vehicles: Theory and Practice. Vol. 1: Noise sources. NASA References Publication 1258, Vol. 1, WRDC, Technical report 90-3052, 1991.

4. Hanson D. B. Influence of propeller design parameters on far field harmonic noise in forward flight, 1980, AIAA Journal, Vol. 18, No. 2, P. 1313-1319.

5. Prediction procedure for near-field and far-field propeller noise, AIR 1407, Soc. of Automotive Engineers, Inc., 1977.

6. Samokhin V. F. [An approach to the calculation of the far-field propeller noise]. Trudy TsAGI. 1988, No. 2355, P. 65-75 (In Russ.).

7. Samokhin V. F. Semiempirical method for estimating the noise of a propeller. Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2012, Vol. 85, No. 5, P. 1157-1166.

8. Rukovodstvo po tekhnicheskoy ekspluatatsit samoleta "MAI-223M". [Manual operation of the aircraft "MAI-223 M"]. 2013, Moscow, MAI Publ., 138 p.

9. Flight manual "F30 Brio". F. G. model. 147 p.

10. Sorkin L. I. Raschety i izmereniya kharakteristik shuma, sozdavaemogo v dal'nem zvukovom pole reaktiv-nymi samoletami. [Calculations and measurements of the characteristics of the noise generated at the far sound field by jet aircraft]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1968, 99 p.

11. Samokhin V. F., Moshkov P. A. [Acoustic characteristics of a light propeller aircraft with internal combustion engine]. Trudy MAI, 2012, No. 57 (in Russ.). Available at: http://www.mai.ru/science/trudy/published. php?ID=30715 (accessed 30.06.2012).

12. Samokhin V. F., Moshkov P. A. [Research of acoustic characteristics by light propeller aircraft "Vilga-35A" on the conditions level flight]. Vestnik Moskovskogo aviatsionnogo instituta, 2014, Vol. 21, No. 2, P. 55-65 (In Russ.).

13. Moshkov P. A. [Some results of experimental research of acoustic characteristics by the powerplant ultralight aircraft in static conditions]. Nauchno-tekhni-cheskiy vestnik Povolzh'ya. 2014, No. 6, P. 265-270 (In Russ.).

14. Samokhin V. F., Moshkov P. A. [Experimental study of the acoustic characteristics of the powerplant by the aircraft An-2 in static conditions]. Trudy MAI, 2015, No. 82 (In Russ.). Available at: http://www.mai.ru/ science/trudy/published.php?ID=58711 (accessed 26.06.2015).

15. Moshkov P. A. [Classification of community noise sources by light propeller aircrafts]. Nauchno-tekhnicheskiy vestnik Povolzh'ya. 2015, No. 4, P. 101106 (In Russ.).

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

© Мошков П. А., Самохин В. Ф., 2016

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.