9.5.3 Аэродромные глушители шума

Реактивные самолеты при опробовании двигателей после их замены или во время регламентных работ создают высокие уровни шума. Такие испытания проводятся периодически и каждое из них может длиться до 20 мин, в том числе и в ноч­ное время. Если учесть, что в крупных аэропортах ежедневно проводится несколько таких испытаний, то вокруг аэропортов практически непрерывно создаются мощные акустические шумы. Действию этих шумов подвергаются инженерно-технический персонал, пассажиры и население, проживающее вблизи аэро­портов.

Для снижения шума самолетов на аэродроме разработаны коллективные и индивидуальные средства защиты. К коллектив­ным относятся заглушенные боксы, ангары, в которые закаты­ваются самолеты во время гонки двигателей, противошумные укрытия для обслуживающего персонала, а также аэродромные глушители шума. К индивидуальным относятся шлемофоны со специальными заглушками, защитные комбинезоны и т. п. Ввиду недостаточной акустической эффективности эти средства не обеспечивают необходимого снижения шума. Заглушенный ангар обычно представляет собой стационарное громоздкое и дорогостоящее сооружение. Кроме того, значительно умень­шая шум самолета и надежно защищая жилые районы от его воздействия, ангар совершенно не предохраняет от шума обслу­живающий персонал и самолетную технику. Вследствие этого наибольшее распространение получила система глушителей на всасывании и выхлопе двигателя самолета, как наиболее эффек­тивная и удобная.

Специфичность эксплуатации глушителей шума на аэродроме предъявляет ряд требований к ним: они должны обеспечивать требуемую акустическую эффективность при относительно небольших габаритах, массе и стоимости; не оказывать влияния на работу двигателя, быть удобными и безопасными в эксплуа­тации и долговечными в работе.

Рис. 9.43. Аэродромный глушитель шума выхлопа ТРД

Такие глушители создаются передвижными или стационарными. В последнем случае букси­руется самолет, а глушитель имеет возможность перемещаться лишь для центровки относительно оси двигателя.

Выравнивание самолета и глушителя очень важно для полу­чения оптимальных аэродинамических и акустических характе­ристик. Глушитель небольшой массы обычно выполняется пере­движным и во время испытаний подкатывается к стоящему само­лету (рис.9.43). Как правило, такие глушители имеют гидравлическую систему регулировки, которая обеспечивает быструю стыковку самолета с глушителем.

Глушители шума двигателя устанавливаются как со стороны выхлопа, так и со стороны всасывания. В связи с тем, что шум со стороны выхлопа ТРД является определяющим и превышает шум со стороны всасывания на 15—25 дБ, в ряде случаев при­меняют глушители только для снижения шума струи.

Глушители шума выхлопа двигателя

Применяемые системы глушения шума струи могут быть разделены на два класса — пассивные и активные. Принцип ра­боты пассивных глушителей основывается на затухании звуко­вых волн в поглощающем материале в основном вследствие вяз­кого трения при движении воздуха в порах материала. При этом глушитель играет пассивную роль: он снижает образовавшийся шум, не воздействуя на процесс его возникновения. Активные глушители оказывают воздействие на процесс шумообразования струи: Принцип работы этих глушителей основывается на исполь­зовании эффекта уменьшения шума струи за счет уменьшения масштаба турбулентности, снижения скорости струи и поглоще­ния звуковой энергии звукопоглощающей облицовкой. Они наи­более перспективны, имеют меньшие массу и габариты. Однако при проектировании таких глушителей встречается ряд трудно­стей. Если при создании пассивных глушителей необходимо знать главным образом законы распространения звуковых волн в эле­ментах глушителя, так как источник обычно бывает задан, то при создании активных глушителей необходимо знать трансфор­мацию звуковых источников, изменяющих свой спектр при взаи­модействии элементов глушителя со струей. Если частотная характеристика пассивного глушителя практически постоянна, то для активного глушителя она зависит от режима истечения, условий стыковки глушителя с выхлопным соплом двигателя и др. Кроме того, как правило, элементы активного воздействия становятся сами источниками дополнительного вихревого высоко­частотного шума, возникающего при обтекании их газом с боль­шими скоростями. Однако элементы активного воздействия широко применяются, так как они позволяют обеспечить значительное снижение энергии низкочастотных составляющих шума.

Активные глушители струи подобны самолетным насадкам. Снижение шума струи в аэродромных глушителях этого типа достигается изме­нением турбулентной структуры путем установки поперек струи сетчатых экранов, решеток или насадков, имеющих выхлопные отверстия с существенно меньшим диаметром, чем исходное сопло.

На (рис.9.44) приведен блок глушителей, который приме­няется для самолета УС- 10. В глушителе используется эффект разбиения струи большого диаметра на множество струек мень­шего диаметра с одновременным снижением скорости струи с помощью диффузора. Глушитель обеспечивает снижение энер­гии низкочастотного шума на величину порядка 20 дБ, в области высоких частот на 10 дБ. Он выполнен в передвижном варианте. Однако подобные глушители вызывают значительные потери давления на выхлопе двигателя, вследствие чего они не нашли широкого применения.

Рис. 7.44. Блок многоструйных глушителей для двигателей с тягой 12 тс.

Трубчатые диффузорные глушители — наиболее перспектив­ные; они сочетают в себе принцип активного воздействия на про­цесс шумообразования с одновременным снижением скорости потока и дополнительным уменьшением шума благодаря приме­нению звукопоглощающей облицовки (рис.9.45).

Рис.9. 45. Схема трубчатого диффузорного глушителя: 1—эжектор; 2—диффузор; 3—выхлопная секция; 4—звукопоглощающаяоблицовка; 5—турбулизатор; 6—выравнивающие сетки; 7—звукопогло­щающие элементы

Глушитель этого типа состоит из эжектора, диффузора и выхлопной секции, облицованных изнутри звукопоглощающим материалом. Для активного воздействия на процесс шумообразования в глушителе установлен турбулизатор. В качестве турбулизатора используются плоские решетки, перфорированные насадки кони­ческой или цилиндрической формы. Турбулизатор, активно уменьшая долю низкочастотных составляющих шума, незначи­тельно увеличивает высокочастотные составляющие, которые весьма эффективно затухают в звукопоглощающей облицовке глушителя.

В диффузоре для безотрывного растекания потока устанав­ливаются выравнивающие сетки. В выхлопной секций для уве­личения эффективности затухания применяют звукопоглощаю­щие вставки, выполненные обычно в виде перфорированных кольцевых элементов со звукопоглощающим слоем или перфо­рированных трубок, обернутых звукопоглощающим материалом. Звукопоглощающий материал защищен от выдувания перфори­рованным листом и слоями из металлической сетки и стекло­ткани.

Глушители подобного типа обеспечивают снижение шума на 30 дБ в области максимального излучения и применяются также для форсажных режимов работы двигателей. Однако на этих режимах для снижения температуры газов с целью сохранения прочности конструкции обычно производится впрыск воды.

Одним из основных источников шума в ближнем поле является участок струи в зазоре между двигателем и глушите­лем, с увеличением которого излучение резко возрастает (рис.9.46).

Рис.9.46. Увеличение шума в точке наблюдения расположенной вблизи двигателя в плоскости среза сопла в зависимости от величины зазора x между двигателем и глушителем

Для снижения шума из зазора создают специальные устройства, которые образуют кольцевое пространство для уве­личения потока вторичного воздуха с целью охлаждения фюзе­ляжа обшивки гондолы двигателя. В системе с высокой акусти­ческой эффективностью применяют более сложные устройства — пластинчатые глушители шума.