РОЗРАХУНОК РіВНЯ ЗВУКОВОї ПОТУЖНОСТі КОМПРЕСОРА АВіАЦіЙНОГО ДВИГУНА Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 629.735.03:621.43.031.3.001.24(045)

Проведено порiвняльний ана-Mi3 Memodie розрахунку рiвня звуковое пomужнoсmi компресора aei-ацшного двигуна. За допомогою розглянутих мemoдiв можна роз-рахувати залeжнoсmi рiвня аку-стичног пomужнoсmi дискретних складових компресора вiд його гео-метричних i режимних парамemрiв, дослидити процес шумоутворення

РОЗРАХУНОК Р1ВНЯ ЗВУКОВО1 ПОТУЖНОСТ1 КОМПРЕСОРА АВ1АЦ1ЙНОГО ДВИГУНА

Е.В. Дорошенко

Аспирант* E-mail: Kiki_ua@ukr.net Контактный тел.: 8-068-351-30-39

Л.Г. Марковская

Аспирант* E-mail: plohih_love@ukr.net Контактный тел.: 8-097-755-30-20

Ю.М. Терещенко

Доктор технических наук, профессор* Контактный тел.: 8 (044) 406-75-93

В.Ю. Политовский

Аспирант* E-mail: politovskiy_v@mail.ru Контактный тел.: 8-063-465-95-23 *Кафедра авиационных двигателей Аэрокосмический институт Национального авиационного

университета

просп. Космонавта Комарова, г. Киев, 03058

1. Вступ

Проблема зниження шуму на даний час стойь дуже гостро. Це, в першу чергу пов'язано з посилюванням вимог 1КАО по еколопчних показниках.

Основним джерелом шуму у лиального апарату е силова установка. Акустичш характеристики авiацiй-ного двигуна дозволяють ощнити конкурентоспро-можшсть лиального апарату.

Значний внесок у сумарний рiвень шуму на в«х режимах роботи авiацiйного двигуна з великим ступе-нем двоконтурносп (б^ьше 4) вносить шум, що ство-рюеться компресором.

Компресор випромшюе звук спереду i позаду себе. Спектр шуму компресора складаеться iз широкосму-гового шуму i тональних складових. Причиною широ-

космугового шуму е турбулентний потж, що набте на лопатки ротора i статора, також нерiвномiрний (у тому числi в радiальному напрямi) зрив вихорiв з самих лопаток. Наявшсть в спектрi тональних характеристик обумовлена перiодичними коливаннями аеродинамiч-них сил. Цi сили пояснюються в основному взаемодiею лопаток з потоком, що пройшов через направляючий апарат, при цьому частина енергп потоку перетворю-еться в енергiю аеродинамiчних збурень.

В iзольованому ступенi осьового компресора е ряд характерних областей, де лопатки, що рухаються вщ-носно повггряного потоку, через в'язюсть i стисливiсть середовища, створюють мiсцевi флуктуацii аероди-намiчноi швидкостi. Розглядаючи двовимiрний пере-бiг газу з дозвуковою швидюстю, до таких областей можна вщнести межi потоку бшя профiлiв лопаток

робочого колеса i турбулентш слiди, що утворюються за ними. Розглядаються два мехашзми виникнення аеродинамiчних збурень. По-перше, обертання робочого колеса викликае перiодичнi пульсацii швидкостi. По-друге, при вихроутворенш в прикордонному шарi поблизу задньоi кромки профiлю лопатки виника-ють турбулентнi пульсацii, частота яких пов'язана iз зривом вихорiв. Унаслщок наявностi турбулентних слiдiв за лопатками вхщного направляючого апарату кiнематична структура потоку перед робочим колесом компресора е неоднорщною. Змша швидкостi набтю-чого потоку перед лопатками призводить до посилен-ня мiсцевих пульсацiй швидкостi iз частотою рiвною вiдношенню вiдносноi швидкосп потоку до масштабу неоднорiдностi наб^аючого потоку. В умовах нестащ-онарного потоку з випадковою неоднорiднiстю частота залежить ввд масштабу початковоi турбулентности об-умовленою вихровою пеленою за лопатками, розташо-ваними вгору по потоку. Для перюдичних спотворень поля швидкостей, утворюваних регулярно розташова-ними в перетиш потоку слiдами вiд лопаток поперед-нього ряду, значення частоти рiвне основнiй частотi проходження лопаток робочого колеса.

Задача полягае у визначенш оптимального метода для розрахунку процесу генерацп шуму компресора.

2. Виклад основного матерiалу

ня, що вимiрюеться в дБ, визначаеться з [1]. Номер N для першого ступеня приймаеться рiвним двом.

Вщносна швидюсть потоку, м/с

Рисунок 1. Залежнiсть рiвня звуковоТ потужносп вiд вщносноТ швидкостi потоку.

Рiвень звуковоi потужностi, коли фазовими джере-лами можна нехтувати, що отримано у [2] мае вигляд натвемтричних формул, яю зручнi для практичного використання.

Lд = 101«

с0 D 8(П Ь'и)

+ д F + 84дБ

(2)

де S - площа перетину на входi робочого колеса. За допомогою формули (2) побудовано графж на рис. 2.

Рiвень звуковоi потужностi Lд (в дБ) першоi гармо-нiки на частой проходження лопаток робочого колеса (РК) першого ступеня компресора при взаемоди лопаток РК з спрямним апаратом (СА) визначаеться таким чином [1]

LД = 50^ +10^ - 10у ^ 5 +10^

т-z ■ w,

- 13дБ (1)

Де w - вiдносна швидкiсть потоку при обтжанш переферiйних перетинiв лопаток РК на виход^ м/с; G

- витрата повггря кг/с; у — коефвдент, що дорiвнюе 1,3

при 8 < 1, i 0,67 — при 8 > 1, 8 =---вщносний осьовий

Ь ,

зазор мiж лопаточними вiнцями, де Ь - величина хорди лопатки робочого колеса у перифершному перетину; х

,. Ъ . яD

- координата вздовж хорди профшю; т = — i t =- -

t z

вiдповiдно вiдносна густота i шаг решiтки у перифершному перетиш РК; z — число лопаток робочого колеса; D — дiаметр РК, м; и - окружна кшцева швидкiсть лопаток РК, м/с; М — вiдносне число Маха у перифершному перетинi РК, тобто це ввдношення вiдносноi швидкостi потоку до швидкост звуку при нормальних умовах. Величина f(М) враховуе конвекщю звука (перенос енергii звукових коливань потоком газу) у про-точнш частинi компресора при розповсюдженш його проти потоку (в переднш сектор) i по потоку (у заднш сектор). При випромiнюваннi звуку у переднш сектор:

f (м ) = N д F - 3(N -1),

де N — порядковий номер ступеня, починаючи з першого. Величина д F - iнтенсивнiсть випромiнюван-

Вщносна швидюсть потоку, м/с

Рисунок 2. Залежжсть рiвня звуковоТ потужностi вiд вщносноТ швидкосп потоку.

На основi розрахунку цих двох методiв можна по-будувати порiвняльний графiк.

Рисунок 3. Залежжсть рiвня звуковоТ потужностi вiд

вщносноТ швидкостi. Крива 1 розрахована за рiвнянням (2), крива 2 — (1).

+

и

З графжа видно, що рiвень звуково! потужностi розрахований за першим рiвнянням трохи менше, нiж за другим, це можна пояснити похибками.

Щ методи мають перевагу у тому, що дають змогу розрахувати залежшсть рiвня звуково! потужностi вiд вщносно! швидкостi потоку, а також вщ геометричних характеристик компресора, що важливо при проек-туваннi нових двигушв, а також при розрахунку уже шнуючих.

Наступний метод [3] дае можливiсть отримати характеристику спрямованосп, а також залежнiсть вiд перепаду температур в компресорi i витрати повггря. Це теж важливi характеристики, яю мають враховува-тись при проектуванш компресорiв.

В спiввiдношеннi вид^яють члени, що описують масштабний чинник 10lgДGk i аеродинамiчне наванта-ження на решику 10к^ДТк, де к - константа. Всю реш-ту чинниюв (показник спрямованостi, спектральний розпод^ звуково'! потужностi, вплив осьово! ввдсташ мiж вiнцями, впливи конвекцii звуку, наявшсть вхщ-ного направляючого апарату i т.д.) враховуе система поправок Fq.

Lд = 20lgДТК + 10lgGк + F3 + ^ + ДLm + ДLн.д - 20lgr (3)

де ДТк - вiдносний перепад температур повиря на ступенi компресора; GK- вщносна витрата повiтря через вентилятор; Fз - поправка, що враховуе режим роботи, дБ; F4 - поправка на величину осьового зазора мiж робочим колесом, дБ; ДLm - поправка на двокон-турнiсть двигуна, дБ; ДLн.д.- складова спрямованостi випромшювання дискретного тону, дБ; г - вщносна вiдстань вiд джерела до спостертча. Поправка ДLн.д представляе натвемшричну залежнiсть рiвня звуково! потужносп вiд кута направленостi 8, рад:

ДLн.д = -3,736 + 0,2926 - 5,45 ■ 10-3 б2 +

+1,05 1 0-563 - 6,28 1 0-964

Це дае можливiсть дослiджувати характеристики спрямованоси рис.4.

Рисунок 4. Характеристика спрямованосп звуково! потужностi.

Висновок

Першi два методи можна використовувати для розрахунку власне шуму компресора авiацiйного двигуна, враховуючи вплив вщносно! швидкостi потоку i геометричних параметрiв решiтки. Третiй метод дае можливкть розрахувати шум вже екранований за до-помогою кожуха першого i другого контуру та капотами. Для б^ьш точного результату розраховаш рiвнi звуково! потужностi за (1) i (2) формулою можна апроксимувати.

Лиература

1. А.Г. Мунин Авиационная акустика, ч.2, М, «Машиностро-

ение», 1986.- 264с.

2. А.Г. Мунин, В.Е. Квитка Авиационная акустика, М, «Ма-

шиностроение», 1973.- 448с.

3. В.И. Токарев и др. Снижение шума при эксплуатации пас-

сажирских самолетов, - К., «Техника», 1990.- 127с.

120

1