3.3. Спектр шумов основных узлов гтд

Основными источниками шума ТРДД являются , рис.9,10:

• струя истекающих газов;

• вентилятор (компрессор);

• турбина.

Относительная роль этих источников в генерировании шума в ТРДД зависит от степени двухконтурности, т.е. от соотношения расходов газа во внешнем и внутреннем контуре. С увеличением степени двухконтурности снижается уровень шума струи и растет шум вентилятора (компрессора ) и турбины.

Шум вентилятора, а так же турбины возникает в результате периодического воздействия вращающихся лопаток на воздушную и газовую среды; максимальная интенсивность шума сосредотачивается в области высоких частот.

У винто-вентиляторных двигателей главным источником шума является воздушный винт. Он создает шум в результате периодического воздействия вращающихся лопастей на воздушную среду. Каждый раз, когда через точку пространства проходит лопасть винта, воздуху сообщается импульс давления. Импульсы, следующие один за другим от последовательно проходящих через эту точку лопастей, распространяются в воздухе в виде волн. Интенсивность шума зависит от скорости лопастей, их числа и аэродинамической нагрузке на них. Спектр шума винта, в основном, низкочастотный и частоты составляющих шума определяются произведением числа лопастей на скорость вращения.

На рис.11 представлены уровни шума на местности от различных самолетов на расстоянии 100 метров от взлетно-посадочной полосы; данные фактических уровней реального самолета приведены к 180-ти тонному гипотетическому самолету ( т.к. уровень шума зависит от массы самолета).

На рис.12 приведен график, иллюстрирующий снижение шума в кабине отечественного самолета.

При индивидуальном прогнозировании осуществляется предсказание технического состояния каждого изделия и выявляется то конкретное изделие, которое в ближайшем будущем может отказать.

Рис. 9

Рис. 10

Рис. 11

Рис. 12

Спектр шума воздухозаборника

Он определяется уровнями взаимодействия набегающего потока со стенками канала. При сильной турбулентности потока происходит уширение спектральных линий.

Спектр шума компрессора (вентилятора)

Он состоит из широкополосного вихревого шума и узкополосного шума дискретных тонов. Широкополосный шум обусловлен аэродинамическими причинами, а дискретные тона обуславливаются частотой вращения ротора. Рост интенсивности широкополосного шума свидетельствует о срыве потока воздуха с рабочих лопаток и лопаток спрямляющего аппарата. Это может служить диагностическим параметром помпажа.

Спектр шума камеры сгорания

Является результатом горения. Горение в исправном двигателе вызывает шум со сплошным спектром. При работе неисправного двигателя ( с пульсирующей подачей топлива и воздуха) возникают резонансные и вынужденные колебания. Вибрационное горение имеет автоколебательный характер, т.е. акустические колебания возбуждаются процессом горения и воздействуют на фронт пламени, усиливая его вибрацию. В этом случае камера сгорания служит мощным источником низкочастотного шума.

К причинам вибрационного горения относят:

1) Колебания расхода воздуха (т.е. колебания коэффициента избытка окислителя).

2) Изменение качества распыла.

3) Неравномерность подачи топлива.

Спектр шума турбины

Он состоит из высокочастотных тонов, наложенных на широкополосный шум, вызванный взаимодействием турбины с неоднородным газовым потоком, поступающим из камеры сгорания.

Физическая природа шума газовой турбины аналогична природе шума компрессора, однако спектр шума аэродинамического происхождения газовой турбины имеет более высокочастотные характер.

Выделить шум турбины из шума компрессора и реактивной струи очень трудно. Это возможно лишь вычитанием спектров, полученных отдельно для компрессора и реактивной струи из общего спектра двигателя.

Спектр шума реактивной струи

Основной источник шума ТРД – это струя реактивных газов, истекающая из сопла.

Звуковые волны образуются в результате перемешивания частиц газа, имеющих высокую скорость истечения с частицами окружающего воздуха. Спектр шума струи – широкополосный. По оси струи, в направлении истечения, зафиксирован максимум шума в области низких частот, а в направлении перпендикулярном истечению – максимум шума в области высоких частот.

Увеличение температуры газа приводит к увеличению широкополосных составляющих, вызванных турбулентностью потока.

Шум от истечения газов имеет широкий сплошной спектр с максимумом интенсивности на высоких частотах.