Влияние вихрегенераторов на диаграмму направленности акустического излучения сверхзвуковых струй Текст научной статьи по специальности «Физика»

Том ХЬV

УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ ЦАГИ

2014

№ 2

УДК 533.6.011.5

ВЛИЯНИЕ ВИХРЕГЕНЕРАТОРОВ НА ДИАГРАММУ НАПРАВЛЕННОСТИ АКУСТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ СВЕРХЗВУКОВЫХ СТРУЙ

Представлены результаты экспериментального исследования влияния двух типов вихре-генераторов, установленных на срезе конвергентного сопла, на диаграмму направленности акустического излучения сверхзвуковой недорасширенной струи. Вихрегенераторы представляли собой шевронный насадок или микроструйный насадок (6 шевронов или 6 микроструй).

Установлено, что использование обоих типов вихрегенераторов приводит к подавлению дискретного тона в шуме струи. Зафиксирован эффект снижения шума струи при использовании вихрегенераторов для чисел Струхаля менее граничного. Для больших значений чисел Струхаля зарегистрировано увеличение интенсивности шума. Величина граничного значения числа Струхаля зависит от угла наблюдения и типа вихрегенератора.

Применение микроструйного вихрегенератора приводит к понижению суммарного шума струи равномерно во всем диапазоне углов наблюдения. Наличие шевронного вихре-генератора эффективно снижает шум только для углов наблюдения близких к направлению истечения струи.

Ключевые слова: сверхзвуковая струя, акустическое излучение, диаграмма направленности, вдув микроструй, шевроны.

Проблема смешения и уменьшения уровня акустического шума сверхзвуковых струй является актуальной в настоящее время. Это вызвано современными требованиями к уменьшению шума газотурбинных установок, авиационных двигателей, снижению заметности самолета, повышению эффективности газовых эжекторов путем интенсификации процессов смешения потока струи с газом окружающей ее среды.

В. И. ЗАПРЯГАЕВ, Н. П. КИСЕЛЕВ, Д. А. ГУБАНОВ

1. ВВЕДЕНИЕ

ЗАПРЯГАЕВ

КИСЕЛЕВ

ГУБАНОВ Дмитрий Андреевич

лаборант ИТПМ СО РАН

Валерий Иванович

доктор технических наук, заведующий лабораторией

Николай Петрович

кандидат физико-математических наук, научный сотрудник ИТПМ СО РАН

ИТПМ СО РАН

Характеристики пульсаций звукового давления определяются геометрическими и газодинамическими параметрами струи. Акустическое излучение высокоскоростной струи по своей природе связано с наличием в струе многочисленных турбулентных вихрей различного масштаба, взаимодействующих с ударно-волновой структурой струи и генерирующих акустическое излучение в окружающее пространство.

В настоящее время ведутся исследования, направленные на поиск оптимальных способов снижения интенсивности акустического излучения, генерируемого высокоскоростными газовыми струями. Известные способы управления шумом включают в себя экранирование струи газовым экраном [1], секторные сопла, многотрубчатые насадки, использование периодических электрических разрядов, впрыск жидкости в поток основной струи, различные активные методы [2] и методы, использующие генерацию продольных вихрей при помощи дольчатых смесителей, эжекторных сопл, табов, шевронов, вдува микроструй.

В работе [3] уменьшение уровня турбулентного шума струи двухконтурного сопла при использовании различных конфигураций шевронов достигало 2.82 дБ при уменьшении тяги на 0.06%. В статье [4] изучалось влияние продольных вихрей, генерируемых восьмью микроструями (угол наклона к оси струи 60°, Крц = 7, где Крц — отношение давлений воздуха на входе и выходе микросопла, отношение расходов микроструй и основной струи 0.4%) и шевронами, на шум струи с числом Маха на срезе сопла М а = 0.9 (коническое сопло с выходным диаметром Оа = 69.85 мм). Установлено, что шевроны обеспечивают большее, по сравнению с микроструями, снижение амплитуды акустического шума в низкочастотной области, но приводят к увеличению уровня шума в высокочастотной.

Наличие шевронов и микроструи не только изменяет спектральный состав акустического шума, но и приводит к изменению диаграммы направленности акустического излучения. Использование шевронов позволяет снизить уровень суммарного шума на величину до 2 дБ (при углах наклона к оси струи менее 60°), а при вдуве микроструй регистрируется снижение шума на 1 дБ (для всех углов излучения звука). В работе [5] при использовании вдува воздушных и водяных микроструй (3, 6 или 12 штук) в основной поток струи получено снижение турбулентного шума на 10 дБ, при отношении выходных диаметров микросопл к диаметру основного сопла от 0.016 до 0.062. Применение дольчатых смесителей в работе [6] позволило уменьшить шум струи на 10 дБ. Существует опыт применения микроструй для подавления обратной акустической связи в струе, набегающей на плоскую преграду [7] (имитация процесса вертикального взлета и посадки), в результате чего было достигнуто снижение уровня шума импактной струи. В [8, 9] исследовалась структура сверхзвуковой струи при инжекции единичной малоразмерной струи с различными геометрическими и газодинамическими параметрами (варьировался массовый расход микроструи и ее местоположение). Авторами [10, 11] исследовалась структура сверхзвуковой струи при наличии шевронов на срезе сопла с использованием методов визуализации потока, зондовых измерений (трубка Пито) и бесконтактного метода измерения скорости Р1У, а также численного трехмерного моделирования течения. Установлено, что при взаимодействии потока струи с вихрегенератором происходит существенное изменение структуры потока начального участка струи с образованием крупномасштабных грибовидных структур на границе.

При использовании микроструй ожидается сохранение величины тяги сопла из-за того, что микроструи непосредственно не препятствуют истечению газа из основного сопла, в отличие от табов, шевронов и дольчатых смесителей, что делает их использование более выгодным. Основной эффект от применения вихрегенераторов связан с образованием продольных вихрей, которые влияют на структуру течения в слое смешения струи. Показано, что парные продольные вихри играют определяющую роль в развитии и пространственной структуре слоя смешения [12].

В данной работе будет рассмотрено влияние вихрегенераторов в виде насадка с шевронами или насадка для поперечного вдува воздушных микроструй на диаграмму направленности, суммарный уровень и спектр акустического излучения сверхзвуковой недорасширенной струи. На рис. 1 представлены изображения шлирен-визуализации потока сверхзвуковой недорасширен-

Рис. 1. Шлирен-визуализации потока сверхзвуковой недорасширенной струи Ма = 1, Ырг = 5 с большой экспозицией:

а — невозмущенная струя; б — струя при наличии шести шевронов; в — струя с вдувом шести микроструй Ма = 1, Мрц = 4

ной струи как невозмущенной (рис. 1, а), так и при использовании шестишевронного насадка (рис. 1, б) и вдува микроструй (рис. 1, в). Видно, что использование вихрегенераторов приводит к существенному изменению ударно-волновой структуры струи при сохранении ячеистой структуры.

2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Эксперименты выполнены на вертикальной струйной установке (ВСУ) ИТПМ СО РАН с открытой рабочей камерой (рис. 2, а). Установка расположена в помещении с размерами 7 х 8 х 6 м. Использовано конвергентное профилированное сопло Витошинского с геометрическим числом Маха на выходе Ma = 1 и диаметром выходного сечения Da = 30 мм (рис. 2, б). Средняя высота шероховатостей внутренней поверхности профиля сопла А составляет 0.25 мкм.

В качестве вихрегенераторов использовались насадки с шестью шевронами (рис. 2, в) и микросопловая установка (рис. 2, г). Шевроны расположены с шагом 60° по азимуту и имеют геометрическую форму в виде трапеции с высотой 10 мм, основаниями — 7 и 4.5 мм. Образующая внутренней поверхности шеврона является продолжением внутренней поверхности сопла на выходе. Микросопловая установка состоит из шести равноудаленных друг от друга конвергентных микросопл Maj = 1 с диаметром выходного отверстия на выходе da = 0.7 мм, через

которые по нормали осуществляется выдув микроструй в основную струю. Оси микросопл располагались на расстоянии 2.5 мм вниз по течению от среза выходного сечения основного сопла. Срез микросопл расположен на расстоянии 1.2Ra, все микросопла подключены к общему цилиндрическому каналу с входным штуцером для подачи воздуха и измерения давления в форкамере микросопловой установки.

Система автоматизированного сбора данных позволяла контролировать давление в помещении, форкамерах ВСУ и микроструйного модуля, измеряемого датчиками Owen, а также регистрировать значение температур в помещении и форкамере установки. Средняя температура

Рис. 2. Вертикальная струйная установка и схема расположения датчиков пульсаций (а), конвергентное сопло Витошинского Mа = 1 (б) с установленными вихрегенераторами: шестишверонный насадок (в), микросопловая установка (г)

газа в форкамере струйной установки составляла Т0 = 295 К. Интервал измерения газодинамических параметров 0.4 с.

Измерение интенсивности звука выполнялось четырьмя пьезорезистивными датчиками пульсаций давления Inser 1441 с открытым кристаллом размером 3 мм. Данные с датчиков регистрировались АЦП TiePie HS4-DIFF-5 с частотой дискретизации 625 кГц/канал (величина частоты дискретизации выбрана более чем в три раза большей, чем значение собственной резонансной частоты датчиков 195 кГц). Каждый датчик оснащен блоком усиления и согласования (БУС), который содержит формирователь напряжения внутренних цепей, схему термокомпенсации и измерительный усилитель постоянного тока.

Калибровки АЧХ датчиков пульсаций давления выполнены в диапазоне частот до 100 кГц при помощи четвертьдюймового конденсаторного микрофона МК-301 фирмы VEB ROBOTRON-MESSELECTRONIK с открытой мембраной (калибровка микрофона осуществлялась по величине среднеквадратичных пульсаций звукового давления с помощью пистонфона 05001 фирмы VEB ROBOTRON-MESSELECTRONIK). Для этого выполнялись измерения шума струи с одной точки как микрофоном, так и датчиками пульсаций, строились их амплитудные спектры, которые затем аппроксимировались кусочно-полиномиальными функциями. Значение коэффициента передачи датчика пульсации определялось по отношению значений кусочно-полиномиальных функций микрофона и конкретного датчика для нужной частоты. После калибровки и корректировки амплитудно-частотной характеристики датчики Inser 1441 позволяли получать спектры шума в диапазоне частот до 100 кГц.

Для уменьшения интенсивности отраженного звука от стен и других частей установки все близлежащие поверхности установки покрыты звукопоглощающим материалом. Колонны траверсы также изолированы пористыми полиуретановыми чехлами. В ходе предварительных измерений были установлены диапазоны азимутальных углов, при которых выполняются условия свободного акустического поля, что дает возможность проведения акустических измерений на данной установке.

3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

Измерения были выполнены при одном режиме истечения основной струи Ма = 1, Крг = 5 последовательно для невозмущенной струи, струи с шевронами и вдувом микроструй. При исследовании влияния вдува микроструй был выбран режим истечения Крд = 4 (Крг) = р0у /Рс,

где Ро у — давление в форкамере микроструйной установки). При таком режиме истечения расход газа через все 6 микросопл составлял 0.26% от расхода воздуха через основное сопло.

Для измерения в дальнем акустическом поле датчики пульсаций располагались на расстоянии 1.05 м, что составляет 35 калибров сопла, с угловым шагом в 10°. Диапазон углов измерения а, отсчитываемых от плоскости среза сопла, составлял от -10 до 65°. Схема расположения датчиков пульсаций изображена на рис. 2, а.

Обработка данных акустических измерений заключалась в вычислении суммарного уровня, спектра и величины среднеквадратичных пульсаций звукового давления в различных частотных диапазонах, определяемых по форме спектра шума струи.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ

Данные эксперимента представлены в виде карты, на которой отображены спектры акустического шума для различных углов наблюдения для невозмущенной струи (рис. 3). Построены карты, на которых изображена разница в величине уровня шума струй с шевронами или микроструями, для заданных значений частоты и угла наблюдения.

Также приведены данные среднеквадратичных значений шума струи в характерных частотных диапазонах в зависимости от угла наблюдения.

4.1. ЗАВИСИМОСТЬ СПЕКТРА АКУСТИЧЕСКОГО ШУМА СТРУИ ОТ УГЛА НАБЛЮДЕНИЯ

На рис. 3, а, б представлена карта зависимости спектра акустического шума сверхзвуковой недорасширенной струи от угла регистрации, где по оси абсцисс отложен угол регистрации, по оси ординат — число Струхаля, рассчитанное по параметрам течения на срезе сопла (диаметр и скорость, температура), уровень затемнения отображает амплитуду акустического шума в данной точке. Вертикальное сечение данной карты позволяет получить спектр шума для данного угла наблюдения, характерные спектры представлены на рис 3, б. Горизонтальное сечение карты соответствует диаграмме направленности звукового излучения для заданной частоты.

Рис. 3. Карта зависимости спектра шума от угла наблюдения (а), характерные спектры акустического шума (б) невозмущенной струи Ма = 1, Ырг = 5

Вид диаграммы направленности соответствует характерной форме частотных диапазонов шума, представленного в литературе (рис. 4). Угол максимальной амплитуды излучения составляет 40°. В диапазоне чисел Струхаля 0.6 + 1.5 наблюдается максимум, связанный с широкополосным ударно-волновым шумом [13]. Дискретная составляющая спектра при = 0.3 (основной тон) наблюдается при всех значениях угла а. Зарегистрировано наличие локальных максимумов амплитуды основного тона дискретной составляющей, распложенных с шагом в 20°. Первый обертон = 0.6 дискретного тона регистрируется преимущественно в диапазоне углов от -5° до 30°.

Влияние воздействия вихрегенераторов на шум сверхзвуковой струи выявлено путем сравнения с шумом невозмущенной струи.

Вдув микроструй (рис. 5, а) приводит к снижению шума струи почти во всем диапазоне углов при < 2 относительно шума невозмущенной струи (на карте положительное значение разницы амплитуды спектра соответствует большему уровню шума струи с вдувом микроструй по сравнению с невозмущенной струей). В секторе 35 — 50° наблюдается уменьшение шума при наличии микросоплового насадка при < 3.3. Регистрируется подавление дискретных тонов в спектре акустического шума.

В спектре шума сверхзвуковой струи при наличии шевронного насадка (рис. 6, б) наблюдается максимум при числах Струхаля 0.7 —1.5 при углах от -10° до 55° (рис. 6, а). Этот максимум

Рис. 4. Характерная диаграмма направленности спектра шума сверхзвуковой

струи [12]

Рис. 5. Карта зависимости разницы в амплитуде спектра шума струи Ma = 1, Npr = 5 с вдувом шести микроструй и невозмущенной струи от угла наблюдения (а), характерные спектры шума струи Ma = 1, Npr = 5 с вдувом шести микроструй Maj = 1, Nprj = 4 (б)

связывается с усилением ударно-волнового шума в результате применения вихрегенераторов. Данный максимум присутствует и в шуме струи с вдувом микроструй, но меньшей амплитуды. Снижение уровня акустического шума струи по сравнению с невозмущенной струей (рис. 6, а) наблюдается при Sh < 0.6. При углах регистрации от -10° до 40° этот эффект снижения шума наблюдается и при больших числах Струхаля (Sh = 1.6). Зафиксировано отсутствие дискретного тона.

Сравнение эффективности воздействия различных вихрегенераторов (вдув микроструй и шевроны) на снижение шума струи приведено ниже. Карта разницы амплитуд спектра шума струй при наличии вдува микроструй и шевронов в зависимости от угла регистрации показана на рис. 7 (положительное значение амплитуды соответствует большему уровню шума струи

Рис. 6. Карта зависимости разницы в амплитуде спектра шума струи Ма = 1, Ырг = 5 при наличии шести шевронов и невозмущенной струи от угла наблюдения (а), характерные спектры акустического шума струи Ма = 1, Ырг = 5 с шестью шевронами (б)

Рис. 7. Карта зависимости разницы в амплитуде спектра шума струи Ma = 1, Npr = 5 с вдувом шести микроструй и струи при наличии шести шевронов от угла наблюдения

с вдувом микроструй по сравнению с шумом струи с шевронами). Показано, что наличие шевронов приводит к более сильному снижению шума по сравнению с использованием вдува микроструй во всем диапазоне чисел Струхаля менее 0.6 при значении угла -10° и до Sh < 1.7 при а = 55° (с ростом угла а происходит увеличение значения частоты, разделяющей область преобладания уровня шума струи с шевронами над шумом струи с вдувом микроструй). При числах Струхаля от 0.7 до 1.25 наблюдается большая амплитуда шума струи с шевронами по сравнению со струей с вдувом микроструй на 6 — 8.5 дБ (в диапазоне углов от -10° до 25°).

4.2. ВЕЛИЧИНА СРЕДНЕКВАДРАТИЧНЫХ ПУЛЬСАЦИЙ АКУСТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ В РАЗЛИЧНЫХ

ЧАСТОТНЫХ ДИАПАЗОНАХ

На рис. 8 представлен спектр акустического шума невозмущенной сверхзвуковой недорас-ширенной струи Ma = 1, Npr = 5. По оси ординат отложены уровни пульсаций звукового давления в дБ, по нижней оси абсцисс отложены числа Струхаля Sh, по верхней — частота v (Гц). Для регистрации влияния воздействия вихрегенераторов на уровень акустического излучения частотный диапазон был разбит на характерные интервалы (рис. 8). Вертикальными линиями отмечены границы диапазонов, соответствующих числам Sh = 1.9 • 10 (20 Гц), 0.39 (4 кГц), 1.01 (10.5 кГц), 1.93 (20 кГц), 9.44 (97.66 кГц).

На рис. 9, а изображены диаграммы направленности шума невозмущенной струи и струи при наличии вихрегенераторов в диапазоне малых чисел Струхаля от 1.9 • 10 до 0.39. По оси абсцисс отложен угол наблюдения а, по оси ординат — уровень среднеквадратичных пульсаций давления в указанном диапазоне частот. Уровень шума невозмущенной струи выше, чем для струи с вихрегенераторами, и возрастает при увеличении угла наблюдения. Регистрируется неравномерное изменение уровня шума невозмущенной струи при изменении угла. Наиболее вероятной причиной неравномерности изменения шума невозмущенной струи в этом диапазоне частот является наличие дискретного тона в спектре с частотой около 3 кГц. Дискретный тон излучается преимущественно при углах регистрации, равных 0, 20, 40, 60°, что более отчетливо можно наблюдать (рис. 9, б) на диаграмме направленности излучения шума струи в более узком диапазоне Sh = 0.27 — 0.31 (2.8 — 3.2 кГц). Использование вихрегенераторов приводит к подавлению дискретного тона, предположительно, вследствие разрушения обратной акустической связи. Поэтому уровень шума струи при наличии вихрегенераторов возрастает монотонно при увеличении угла наблюдения. Установлено, что величина снижения уровня шума по сравнению с невозмущенной струей составила 5.5 — 8 дБ при наличии шевронов и 3 — 5 дБ при использовании микроструй.

Распределение уровня шума струи от угла регистрации в диапазоне Sh = 0.39 — 1.01 имеет существенно неравномерный характер (рис. 10, а). Уровень шума сверхзвуковой струи возрастает при увеличении угла наблюдения для невозмущенной струи при а > 40°, а для струи с вдувом

130 129 128 127 126 126 124 123 122 121 120 119 118 117 116 115 114

Рис. 8. Спектр акустического шума невозмущенной струи Ма

Ырг = 5 при а = 40°

дБ_

—а— ( евозмущенная струя труя с 6-ю микроструями ЫрГ) = 4 lpvя с 6-И) шевронами

—•— с с

/ /

/ /

/

у1

,—- г а, ра-Ч 1

1 г"

- невозмущенная струя

- струя с 6-ю микроструями 1чру ~ 4 струя с 6-ю шевронами

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 80 85

а) 6)

Рис. 9. Диаграмма направленности акустического излучения сверхзвуковой недорасширенной струи Ма = 1, Ырг = 5

в частотном диапазоне: а — ЗЬ = 1.9 • 10-3 — 0.39 (20 Гц — 4 кГц); б — ЗЬ = 0.27 — 0.31 (2.8 — 3.2 кГц)

Рис. 10. Диаграмма направленности акустического излучения сверхзвуковой недорасширенной струи Ма

в частотном диапазоне: а — ЗЬ = 0.39 — 1.01 (4 — 10.5 кГц); б — ЗЬ = 1.01 — 1.93 (10.5 — 20 кГц)

= 1, Ырг = 5

микроструй при а > 30°. При использовании шевронного насадка шум при углах от 45° возрастает незначительно. Зарегистрирован локальный максимум амплитуды излучения невозмущенной струи при угле 20°, что связывается с наличием в данном частотном диапазоне обертонов дискретного тона. Использование вдува микроструй приводит к значительному снижению шума струи при углах менее 45° (уменьшение составляет 1.5 — 4 дБ). Незначительное превышение уровня шума зарегистрировано для шевронного сопла по отношению к шуму невозмущенной струи при а < 7°.

В диапазоне чисел Sh от 1.01 до 1.93 (рис. 10, б) зарегистрировано, что при использовании микроструй шум струи изменяется незначительно по сравнению с невозмущенной струей, форма диаграммы направленности которой представляет собой слабо изменяющуюся функцию при углах от -10° до 20°, растущую до максимального значения при 20 — 40° и медленно убывающую при 40 — 60°. Наличие шевронного насадка на выходе сопла приводит к возрастанию шума (до 4 дБ) при углах от -10° до 40°. При больших значениях угла наблюдения уровень шума шевронной струи меньше, чем у невозмущенной струи, а отличие увеличивается с ростом угла наблюдения (до 4 дБ при 65°).

Зарегистрировано увеличение уровня шума при использовании вихрегенераторов в области высоких частот Sh = 1.93 — 9.44 (рис. 11, а). Значение высокочастотного возрастания для микроструй составляет ~1.5 дБ, а для шевронов ~3 дБ. Выявлено, что значение высокочастотного возрастания при использовании шевронов убывает с ростом угла наблюдения от 50°.

125 -.ДдБ__' ■'

■ невозмущенная сгруя - струй с 6-ш микросфуями Npij — 4 струй с 6-ю шевронами

«, град

1-Г 122

—я— невозмущенная струя —•— струй с 6-ш микрошруями Npij = струй с 6-ю шевронами

/

/

/

, i i—-

i

а, град

15 20 25 30 35 <10 45 50 55 60 65

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

б)

Рис. 11. Диаграмма направленности акустического излучения сверхзвуковой недорасширенной струи Ма

в частотном диапазоне: а — ЗЬ = 1.93 — 9.44 (20 — 97.66 кГц); б — ЗЬ = 1.9 • 10-3 — 9.44 (20 Гц — 97.66 кГц)

= 1, Npr = 5

Рис. 12. Диаграмма направленности суммарного уровня шума дозвуковой струи при наличии вихрегенераторов [4]

Диаграмма направленности суммарного уровня пульсаций акустического давления изображена на рис. 11, б во всем диапазоне измеренных частот, здесь точки — экспериментальные данные, а линии — аппроксимационные полиномы третьего порядка, построенные методом наименьших квадратов. Видно, что использование вдува микроструй приводит к равномерному снижению суммарного уровня шума на 2 — 2.5 дБ во всем диапазоне углов наблюдения. Более сильное снижение шума (до 3.5 дБ) зарегистрировано при углах наблюдения, в которых излучается дискретный тон невозмущенной струи. Диаграмма направленности акустического излучения струи, истекающей из сопла с шевронами, имеет форму, более приближенную к окружности (разница между минимальным и максимальным значением уровня шума составляет всего 1.5 дБ). Наибольшее снижение шума струи при использовании шевронов наблюдается в направлении истечения струи (до 5.5 дБ при а > 45°). Наличие микроструй приводит к более сильному снижению шума при а < 45°. При углах меньше 10° шум струи шевронного сопла несколько превышает значение шума невозмущенной струи.

Диаграмма направленности суммарного уровня шума сверхзвуковой недорасширенной струи M a = 1, Npr = 5 при наличии вихрегенераторов в виде шевронов и вдува микроструй качественно соответствует подобной диаграмме для дозвукового режима истечения дозвуковой струи M = 0.9 (рис. 12, [4]). Отметим характерное значение угла а, при котором наблюдается совпадение уровня шума струи с шевронами и уровня шума струи при вдуве микроструй (а = 50 — 55°). Как видно из рис. 11, б и рис. 12, значение данного угла, соответствующего настоящему эксперименту, совпадает с данными [12], что говорит об общности механизмов воздействия вихрегенераторов на шум как дозвуковой, так и сверхзвуковой струй.

ВЫВОДЫ

Проведено экспериментальное исследование влияния двух типов вихрегенераторов (шесть шевронов и шесть микроструй) на диаграмму направленности (спектр и величину пульсаций в различных частотных диапазонах) акустического излучения сверхзвуковой недорасширенной струи.

Подтверждено полное подавление высокоамплитудного дискретного тона и его обертонов при использовании обоих типов вихрегенераторов.

Зафиксирован эффект снижения шума струи при использовании вихрегенераторов для малых чисел Струхаля. При этом значение границы частотного диапазона, в котором наблюдается снижение шума струи при воздействии вихрегенераторов, изменяется. Снижение шума в низкочастотной области при воздействии шевронов более сильное (5.5 — 8 дБ), чем при вдуве микроструй (3 — 5 дБ).

Использование вихрегенераторов приводит к некоторому повышению высокочастотного шума, за исключением диапазона углов больше 55°, где шум струи с шевронами меньше, чем у невозмущенной струи. Величина высокочастотного возрастания уровня шума при применении шевронов больше, чем при вдуве микроструй.

Микроструи приводят к понижению суммарного шума струи (на 2 — 3.5 дБ) равномерно во всем диапазоне углов. Наличие шевронов эффективно снижает шум только для углов наблюдения больше 45° (до 5.5 дБ), при меньших значениях углов суммарный шум изменяется незначительно.

ЛИТЕРАТУРА

1. Мунин А. Г., Самохин В. Ф., Шипов Р. А. и др. Авиационная акустика, ч. 1. Шум на местности дозвуковых пассажирских самолетов и вертолетов. — М.: Машиностроение, 1986.

2. Peake N., Crighton G. Active control of sound // Annu. Rev. Fluid Mech. 2000. V. 32, p. 137 — 164.

3. Sayed N., Mikkelsen K., Bridges J. Acoustics and thrust of quiet separate-flow high-bypass-ratio nozzles // AIAA J. 2003. V. 41, N 3, p. 372 — 378.

4. Mehmet B.Alkislar, Krothapalli A., Butler W. The effect of streamwise vortices on the aeroacoustics of a Mach 0.9 jet // J. Fluid Mech. 2007. V. 578, p. 139 — 169.

5. Khritov K. M., K o z l o v V. Ye., Krasheninnikov S. Yu, et al. On the prediction of turbulent jet noise using traditional aeroacoustic methods // J. Aeroacoustic. 2005. V. 4, N 3/4, p. 289 — 324.

6. James Bridges, Mark P. Wernet cross-stream PIV measurements of jets with internal lobed mixers // NASA/TM—2004-213106. 2004.

7. Alvi F. S., Shih C., Elavarasan R., Garg G., Krothapalli A. Control of supersonic impinging jet flows using supersonic microjets // AIAA J. 2003. V. 41, N. 7, p. 1347 — 1355.

8. Запрягаев В. И., Киселев Н. П. Структура течения при взаимодействии единичной микроструи с потоком сверхзвуковой струи // ПМТФ. 2009. Т. 50, № 3, с. 104 — 111.

9. Zapryagaev V. I.,Kiselev N. P.,Gubanov D. A. Flow structure at an initial section of supersonic underexpanded jet in the presence of microjet vortex generators // Proc. of XV Intern. Conf. Methods of Aerophisical Research ICMAR. — 2010, Novosibirsk, Russia, Pt. I, P. 249 — 250.

10. Запрягаев В. И., Кавун И. Н., Киселев Н. П. Структура течения на начальном участке сверхзвуковой струи, истекающей из сопла с шевронами // ПМТФ. 2010. Т. 51, № 2, c. 71 — 80.

11. Бойко В. М., Достовалов А. В, Запрягаев В. И., Кавун И. Н., Киселев Н. П., Пивоваров А. А. Исследование структуры сверхзвуковых неизобарических струй // Ученые записки ЦАГИ. 2010. Т. 41, № 2, c.44 — 58.

12. Liepman D., Gharib M. The role of streamwise vorticity in the near-field entraiment of round jets // J. Fluid Mech. 1992. V. 245, p. 643 — 668.

13. Munday D., Heeb N., Gutmark E. at all. Acoustic effect of chevrons on supersonic jets exiting conical convergent-divergent nozzles // AIAA J. 2012. V. 50, N. 11, p. 2336 — 2350.

Рукопись поступила 25/ II2013 г.