CC BY
57
Акустическое проектирование агрегатов систем воздухообмена на
транспорте
д.т.н. проф. Меркулов В.И, Никулин A.B.
ОАО НПО «Наука», университет машиностроения 89253009370, andreinikylin@mail.ги
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.
Ключевые слова: акустический шум, системы воздухообмена
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 квадриуполь-ный 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 срыв-ных 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.
Литература
1. Антонова Н.В., Дубровин Л.Д. и др. Проектирование авиационных систем кондиционирования воздуха. 2006.
2. Скучик Е. Основы акустики. 1976.
3. Меркулов В.И. Овцынов П.В. Снижение аэродинамического шума выпускного клапана системы воздухообмена на транспорте. Известия МГТУ «МАМИ» № 1(13) 2012.
Функциональная модель прогнозирования долговечности шин карьерных
автосамосвалов
Горюнов С.В.
Университет машиностроения (495) 223-05-23, доб. 1587, [email protected]
Аннотация. Предложена функциональная модель прогнозирования долговечности пневматических шин карьерных автосамосвалов, учитывающая потери в ней мощности на гистерезис и на трение шины об опорную поверхность.
Ключевые слова: пневматическая шина, автомобиль, автосамосвал, протектор, износ, работа трения, мощность, температура
Шины являются трудоемкой и дорогостоящей продукцией. Одним из основных показателей качества шин является их долговечность. Эксплуатационные затраты на шины составляют 25...30 % и более от суммы расходов на транспортирование горной массы автосамосвалами, поэтому выявление факторов, влияющих на работоспособность шин и прогнозирование их долговечности, имеет важное значение для сокращения затрат предприятия [1].
При эксплуатации шина подвергается воздействию различных нагрузок, кроме этого на шину действуют и климатические условия. Оценить влияние всего многообразия факторов практически очень сложно. Поэтому для изучения вопроса работоспособности пневматических шин карьерных автосамосвалов необходимо использовать системный подход описания проблемы, т.е. когда рассматриваемая задача представляется в виде информационной системы знаний и закономерностей.
Для задания требований к системе и ее функциям, а затем для разработки собственно системы, которая соответствует заданным требованиям и исполняет заданные функции, использована методология структурного анализа SADT (Structured Analysis & Design Technique) [2]. В наибольшей мере решению этой проблемы соответствует смешанная методология стандарта IDEF0 и IDEF3. Методология IDEF0 используется для создания функцио-
