Звуковое поле в каркасированной оболочке при низкочастотном аэроакустическом возбуждении тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.05 ВАК РФ

Введение.

1. Колебания и акустическое излучение упругих систем. Цель работы. Постановка задачи и метод решения.

1.1. Краткий обзор литературы по теме работы.

1.2. Цель работы.

1.3. Постановка задачи и метод решения. Энергетический подход.

2. Методика экспериментальных исследований.

2.1. Экспериментальные установки.

2.2. Объект исследований - модельный отсек фюзеляжа самолёта. Исследование динамических характеристик модельного отсека.

2.3. Методика исследования акустического поля в оболочке, возбуждаемой разными источниками.

3. Результаты экспериментальных исследований.

3.1. Эксперименты с диффузным звуковым полем.

3.2. Эксперименты со свободным акустическим диполем.

3.3. Эксперименты с акустическим диполем в кольце.

3.4. Эксперименты с винтом в кольце.

3.5. Обобщение результатов экспериментальных исследований.

Выбор тестового поля.

4. Расчёт звукового поля в каркасированной оболочке.

4.1. Построение расчётной модели.

4.2. Сопоставление расчётных и экспериментальных данных.

4.3. Метод тестового поля. 59 Выводы. 61 Литература.

Шум в салоне самолёта является одним из основных факторов, определяющих комфорт для пассажиров, условия для работы экипажа и, как следствие, его конкурентную способность. Особенно остро проблема шума стоит при создании самолётов с винтовой силовой установкой, когда в спектре аэроакустического поля, генерируемого винтом, преобладают узкополосные (дискретные) низкочастотные составляющие, соответствующие основной лопастной частоте винта и его низшим гармоникам. Как правило, разработка и модернизация пассажирского самолёта требуют решения комплекса задач, связанных с прогнозом и снижением шума в салоне и кабине экипажа.

Несмотря на то, что в настоящее время хорошо разработана теория колебаний и акустического излучения упругих систем при разных видах возбуждения, она не позволяет описать все особенности поведения реальной фюзеляжной конструкции при формировании звуковых полей внутри самолёта от реализуемых на его внешней поверхности аэроакустических полей. Это усугубляется сложностью самих аэроакустических полей на поверхности фюзеляжа самолёта. Расчётные оценки на основе известных аналитических, энергетических и численных подходов не обеспечивают требуемую достоверность прогноза шума внутри самолёта. Полученные при первых лётных испытаниях уровни звукового давления внутри самолёта обычно заметно отличаются от ожидаемых на основе расчётных оценок. Из-за этого, как правило, приходится пересматривать конструктивные решения, направленные на снижение шума внутри самолёта, и осуществлять его доработку. Поэтому вопрос о достоверности прогноза шума в салоне и кабине экипажа самолёта является одним из центральных.

Для создания достоверных методов расчёта ожидаемых уровней звукового давления внутри самолёта необходимо изучить основные физические явления, определяющие передачу звуковой энергии от внешних аэроакустических полей в салон самолёта, и процесс формирования в нём звукового поля. Именно эти наименее изученные в приложении к винтовому самолёту вопросы являются предметом исследований, выполненных в данной работе. С этой целью был проведён широкий спектр экспериментальных работ. Во всех экспериментах использовалась каркасированная оболочка, представляющая собой модель отсека фюзеляжа самолета, и исследовалось звуковое поле внутри неё при возбуждении разными тестовыми полями (диффузным звуковым полем, звуковым полем точечного источника), а также аэроакустическим полем винтовой силовой установки. Экспериментальные работы с тестовыми возбуждающими полями позволили понять физику явлений, определяющих передачу звука через каркасированную оболочку и выявить особенности поведения её конструкции, влияющие на формирование звукового поля в модельном отсеке. На основе экспериментальных данных построена расчётная модель, с помощью которой удалось достаточно корректно определить распределение уровней звукового давления внутри оболочки при её низкочастотном узкополосном акустическом возбуждении. С использованием этой же расчётной модели изучено влияние структуры аэроакустического поля винтовой силовой установки на распределение уровней внутри модельного отсека. На основании достаточно хорошего соответствия рассчитанных и экспериментальных данных делается вывод о состоятельности этой расчётной модели. Предлагается полуэмпирический метод прогноза шума внутри самолёта, использующий построенную расчётную модель. Этот метод позволяет учесть основные особенности поведения конструкции фюзеляжа самолёта в процессе передачи звуковой энергии от внешних источников и особенности формирования акустических полей внутри самолёта на ранних стадиях его создания.

В данной работе для расчёта уровней звукового давления в оболочке используется энергетический метод, учитывающий взаимодействие отдельных упругих мод конструкции с акустическими модами замкнутого объёма.

Работа состоит из четырёх глав. В первой главе представлен краткий обзор публикаций по теме диссертации и смежным вопросам, касающихся колебаний и акустического излучения упругих систем, сформулирована цель работы, изложена постановка задачи в теоретическом плане и метод её решения. Во второй главе освещаются все методические вопросы, связанные с экспериментальными исследованиями. Подробно описана экспериментальная установка, на которой проводились исследования, и объект исследований, представляющий собой модель отсека фюзеляжа самолёта. Обосновывается выбор объекта испытаний. Приводятся сведения об измерительной аппаратуре и о методике измерений. В третьей главе приводятся и анализируются полученные из экспериментов данные о характеристиках аэроакустических полей пульсаций давления на поверхности модельного отсека, реализуемых при разных видах его возбуждения, а также данные об измеренных уровнях звукового давления внутри отсека. В четвёртой (заключи5 тельной) главе строится расчётная модель с учётом имеющихся экспериментальных данных. Приводится сопоставление результатов теоретических и экспериментальных исследований. Делается вывод о возможности прогнозирования шума в оболочке, возбуждаемой винтом, на основании экспериментов с тестовым акустическим полем, реализуемым в лабораторных условиях.

Автор выражает благодарность профессору Б.М. Ефимцову за научное руководство работой.