CC BY
44
УДК 629.7.01.533.6
А.В. Ордин, асп., 89168092532, 123land@mail.ru (Россия, Москва, МАИ),
А.В. Рипецкий, канд. техн. наук, зам. зав. каф., 89168092532, 123land@mail.ru (Россия, Москва, МАИ)
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА АКУСТИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ТОНКОСТЕННЫХ ПЛАСТИН ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
Авторами статьи разработан автоматизированный программный комплекс расчета тонкостенных панелей летательного аппарата, позволяющий определять уровень напряжений в тонкостенных панелях летательного аппарата на этапе концептуального проектирования, уровня акустического поля во время эксплуатации летательного аппарата и создания акустических карт летательного аппарата.
Акустическое воздействие, летательный аппарат, система автоматизированного проектирования.
В процессе жизненного цикла авиационной техники, эксплуатирующим организациям необходимо проводить замеры акустического поля на конструкциях самолета. Для этого на самолет в контрольных точках устанавливаются микрофоны, к ним подводится инфраструктура и внутрь кабины или отсека для пассажиров устанавливается чувствительная записывающая аппаратура. Процесс замера уровней акустического поля науко-и трудоемкий, со множеством усложняющих факторов:
1. Установка микрофонов для замеров акустического поля (в отличии от тензодатчиков, которые устанавливаются в цеху) производится непосредственно перед испытаниями. Зачастую в условиях нехватки времени.
2. Записывающая аппаратура требует высокой квалификации оператора, производящего контроль на борту замеров акустического поля.
3. Микрофоны требовательны к качеству технологии установки на летательный аппарат
Это приводит к большому числу повторных замеров, вылетов, а следовательно к затрате временных и денежных ресурсов
Однако на самолете всегда есть тензодатчики. И для виброиспытаний тензодатчики устанавливаются в цехах.
Актуальна задача оценки уровня акустического поля действующего на тонкостенную пластину, через напряжения в пластине, измеряемые тен-зодатчиками.
Проведенные исследования программных комплексов решающих задачи акустики, показали, что задача оценки уровня акустического поля по напряжениям в пластине не решена.
Сокращение затрат на этапе регламентных работ по замеру акустических полей авиационной техники путем разработки методического и
программного обеспечения САПР для экспресс-анализа акустического поля на панелях летательного аппарата на основании данных напряжений с тензодатчиков. Внедрение автоматизированной системы акустического расчета тонкостенных пластин летательного аппарата (АСАРТП ЛА) в производственный цикл обеспечит существенное снижение затрат времени и средств за счет использования средств машинной графики и современных методов математического моделирования, позволит эксплуатантам предсказывать уровни акустического давления на конструкции, принимать решения о размещении микрофонов для акустических замеров на планере летательного аппарата.
Разработанные методы проведения акустических расчетов и критерии обоснования выбора топология размещения микрофонов для акустических замеров, основывающиеся на данных тензодатчиков, математические модели объектов, сред и материалов, а также алгоритмы, процедуры и целевые функции использованы в созданной соискателем АСАРТП ЛА. Программный комплекс является современным инструментом проектировщика-исследователя и предназначен для выработки технических рекомендаций по размещению микрофонов для замеров акустических полей и экспресс-оценки уровней акустического поля по данным тензодатчиков, что дает возможность учитывать уровень акустического поля учитывая все источники шума.
Результаты работы могут быть использованы в НИИ и ОКБ, службами послепродажного обслуживания КБ авиационной промышленности, при проведении регламентных работ, при разработке комплексных систем автоматизированного проектирования и при подготовке специалистов по проектированию самолетов в авиационных учебных заведениях.
Исследование существующих программных комплексов показало отсутствие на рынке программных комплексов решающих задачу определения акустического поля по напряжениям в тонкостенных панелях летательного аппарата.
Объектом исследования является акустическое поле на панелях летательного аппарата, создаваемое неуравновешенными силами вращающихся роторов, воздушных винтов двигателей, акустическими нагрузками от выхлопных струй реактивных двигателей и воздушных винтов, пульсации давления турбулентного пограничного слоя.
Предметом исследования является выявление зависимости между напряжениями в тонкостенной пластине и акустического давления на пластину, топология размещения микрофонов для замеров акустического поля. Декомпозиция задач, разработка моделей и алгоритмов САПР базируются на принципах системного подхода. Выявление рациональных конструктивно-компоновочных решений осуществлено на основе моделирования с помощью формально-эвристических процедур. Математическая задача отыскания рациональных значений параметров поставлена как за-
дача многокритериальной дискретной оптимизации.
Первые несколько собственных частот и среднеквадратическое значение напряжений обшивки однократно изогнутой панели может быть найдены, используя АСАРТП ЛА (Автоматизированная Система Акустического Расчета Тонкостенных Пластин Летательного Аппарата). Перечень инструкций для двух субпрограмм даны в С# языке программирования, что позволяет с легкостью интегрировать АСАРТП ЛА в современные средства CALS.
Главная программа требуется для считывания вводимых данных и вывода на печать значения собственных частот и среднеквадратического напряжения обшивки. Перечень инструкций для этой для этой программы не даны как требуемые инструкции зависящие т конкретно используемого компьютера. Требования для главной программы даны в форме блок схемы.
Детали субпрограмм приведены ниже.
Главная программа должна включать в себя простой оператор (COMMON statement), который написан в обеих частотной субпрограмме и субпрограме по вычислению напряжений.
Если запустить программу с подходящей главной программой для считывания необходимых данных и вывода частот и напряжений, для вычисления 16 К значений используется для шести вариантов панели, затраченное время составляет меньше одной секунды.
Частотная субпрограмма находит все собственные частоты, в которых не более 3х полуволн в любом направлении поперек панели. Панельные кромки предполагают шарнирно опертыми.
Частотные данные панели вводимые для каждой панели обоснованы оцениванием для переменных записанных в таблице 1.
Таблица 1
Вводные переменные частотной субпрограммы АСАРТП ЛА
Переменная Имя переменной Переменная Имя переменной
a A Ga GA
b B Gb GB
h H E E
t T Pc RHOC
* R R Pf RHOF
Для плоской панели вводить макет с отрицательным значением R.
Любое связанное из множеств узлов в любой момент времени изображенный (представленный) через секунды может быть использован. Частоты будут получены в Гц.
По возвращению к главной программе из частотной субпрограммы собственной частоты панели хранятся в массиве (ARRAY F) представленной в таблице 2.
Таблица 2
Выводные переменные частотной субпрограммы АСАРТП ЛА
n 1 2 3
m
1 F (1,1) F (1,2) F (1,3)
2 F (2,1) F (2,2) F (2,3)
3 F (3,1) F (3,2) F (3,3)
В этой таблице т - кол-во полуволн поперек панели в направлении параллельном стороне с длиной а, и п- кол-во полуволн поперек панели в направлении параллельном стороне с длиной Ь.
Субпрограмма для расчета напряжений находит среднеквадратиче-ское напряжение лицевой панели в центре сэндвич панели. Панельные кромки предполагаются шарнирно опертыми.
Данные по напряжениям данные на входе для каждого случая напряжений обоснованы оцениванием переменных записанных в таблице 3.
Таблица 3
Вводные переменные субпрограммы для расчета напряжений
Переменная Имя переменной
Lps(f) SPL
8 DELTA
В этой субпрограмме среднеквадратическое колебание давления эквивалентно Ьр^!:) рассчитано. Единица измерения этой субпрограммы Н/м2.
По возвращению к главной программе из суброграммы для расчета напряжений, среднеквадратическое значение напряжений на лицевой пластине хранится в массиве ARRA STR, показанном в таблице 4.
Используя переменные из таблицы 1 и 2, инженер может направить программу на решение прямой (классической) задачи, определения напряжений в панели по условиям акустического нагружения (рис. 1) и обратной задачи (рис. 2), определения уровня акустического поля по напряже-
ния в панелях летательного аппарата.
Таблица 4
Выводные переменные субпрограммы для расчета напряжений
Параллельно стороне a Параллельно стороне Ь Результирующий
Внутренний или напряжения на вогнутой стороне STR (1,1) STR (1,2) STR (1,3)
Внешний или напряжения на выпуклой стороне STR (2,3) STR (2,3) STR (2,3)
С СТАРТ }
быть рассчитаны НЕТ ДА
Рис. 1. Блок-схема АСАРТП ЛА для задачи нахождения напряжений в панели по уровню акустического поля
210
Рис. 2. Блок-схема АСАРТП ЛА для задачи нахождения уровня акустического давления по напряжениям в панели
Интерфейс программы отображен на рис. 3.
Выходные данные в АСАРТП ЛА можно выводить в виде численных значений, в виде графиков (рис. 4) и при интеграции с комплексами САПР высокого и среднего уровня в виде акустических карт (рис. 5)
Рис. 3. Интерфейс программы АСАРТП ЛА
Рис. 4. Графики построенные в АСАРТП ЛА
Рис. 5. Пример экспресс акустической карты, выполненной
с помощью АСАРТП ЛА
Результаты анализа, проводимого в программном комплексе АСАРТП ЛА, разработанного авторами статьи, подтверждены актом внедрения в подразделение «Хруничев-Телеком» ГКНПЦ им. М.В.Хруничева.
Выводы:
1. До появления АСАРТП ЛА, разработанного авторами статьи, никем не была решена задача экспресс определения уровня акустического поля по напряжения в конструкциях, на которое действует акустическое поле.
2. Использования средств языка программирования С# позволило создать программный комплекс отличающийся быстродействием и высокой степенью возможности интеграции с современными программными средствами;
3. Экспресс-анализ акустического поля по напряжениям на тонкостенной пластине сэндвич панели позволяет с высокой степенью точности предсказать уровень акустического поля, что влечет за собой снижение из-
держек в процессе концептуального проектирования и регламентных замеров уровня акустических полей летательного аппарата.
Список литературы
1. Авиационная акустика / под ред. А.Г. Мунина и В.Е. Квитки. М.: «Машиностроеие», 1973, 448 с.
2. Handbook of Computer Aided Geometric Design Edited by Gerald Farm Josef Hoschekf Myung-Soo Kim. ELSEVIER SCIENCE B.V. Sara Burgerhartstraat 25 P.O. Box 211, 1000 AE Amsterdam, The Netherlands ® 2002 Elsevier Science B.V.
3. Аэроакустика. Голдстейн Мэрвин Е. пер. с англ./пер. Р.К. Карава-сова и Г.П. Караушева; под ред. А.Г. Мунина. М.: Машиностроение, 1981. 294 с.
4. Franken, P.A. Methods of flight vehicle noise prediction/ WADC TR 58-34, 1958.
5. Unpublished work by Rolls-Royce Ltd and Bristol Siddeley Engines
Ltd.
6. Plumblee H.E. Near field analyses of aircraft propulsion systems with emphasis on prediction techniques for jets.AFFDL-TR-67-43, 1967.
7. Riley, M.P. Near field jet noise prediction techniques. British Aircraft Corporation Ltd, Acoustics Laboratory Report A.R. 324, 1971.
A. V. Ordin, A. V. Ripetskiy
AUTOMATIC SYSTEM OF ACOUSTIC ANALYSIS OF THIN-WALLED AIRSHIP PANELS.
Authors developed an automated software system of calculation of thin panels of the aircship, which allows to determine the level of stress in thin panels of the aircraft during the conceptual design, calculation of acoustic fields ltvel and designing of the airship acoustic. Key words: Acoustic loads, airship, CALS.
Получено 24.08.12
