8.5. Снижение шума на испытательных станциях авиадвигателей

Испытания авиационных двигателей сопровождаются высокими уровня­ми шума и вибраций. Одним из наиболее мощных источников шума и вибра­ций такого рода является воздушно-реактивный двигатель. Его суммарный шум складывается из шума вентилятора, компрессоров, камеры сгорания, турбины и реактивной газовой струи, причем значительная доля шума струи обусловлена ее смешением с окружающим воздухом. Доля шума каж­дого из источников в суммарном шуме двигателя зависит от типа двига­теля: турбореактивный (ТРД), турбореактивный двухконтурный (ТРДД) и т.д. Диаграмма направленности основных источников шума ТРД и ТРДД представлена на рис. 8.16.

Как правило, при работе авиадвигателя на испытательной стан­ции основная составляющая доля шума приходится на газовую струю. Уровень шума L_g, дБ в любой точке звукового поля, расположенной на расстоянии r от среза сопла под углом  к оси газовой струи, оп­ределяется по формуле

, (8.52)

где W_c - акустическая мощность газовой струи и (для ТРД приближенно можно определить по формуле 8.19);

Ф - фактор направленности.

Одно из основных требований к испытательным станциям авиадвига­телей состоит в снижении шума до допустимых уровней как для персона­ла, проводящего испытания, так и на территории предприятия. Допус­тимый уровень звуковой мощности определяется по формуле

, (8.53)

где L_доп - допустимый уровень шума, дБ;

R - расстояние от источника до объекта, км;

 - затухание шума в атмосфере, определяемое по табл. 8.4.

Таблица 8.4.

Среднегеометрические частоты, Гц	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
Затухание шума, , дБ/км	0,3	0,7	1,5	3	6	12	24	48

Шумоглушащие устройства проектируются, исходя из расходных ха­рактеристик двигателя. Схема типовой испытательной станции турбореактивных двигателей показана на рис. 8.17. Система шумоглушения состоит из шахты всасывания 1, шахты подсоса 2, первой ступени эже­ктора 3, эжекторной трубы 4 и вертикального глушителя выхлопа 5, выполненного из вертикальных секций. Шахты всасывания и подсоса сна­бжены звукопоглотителями 6, выполненными в виде вертикально подве­шенных звукопоглощающих щитов. Звукопоглотители вертикального глуши­теля выхлопа 7 выполнены в виде цилиндров диаметром 0,2 м и длиной 1 м. Шахта выхлопа в верхней части цоколя снабжена выравнивающей решеткой 8, обеспечивающей необходимое гидравлическое сопротивле­ние. С целью создания препятствия на пути распространения шума от выхлопной шахты в горизонтальных направлениях, выхлопные отверстия шахты окружены экранирующим насадком 9. Первая ступень эжектора и эжекторная труба входят в горизонтальный тракт испытательной стан­ции. Двигатель 10 установлен на специальном стапеле, имеющем незави­симый фундамент.

Сечение шахты всасывания, а также шахты подсоса выбирают из рас­чета скорости движения воздуха не более 25 м/с. При этом площадь се­чения шахты может изменяться от нескольких до десятков квадратных метров. В таких шахтах применяют пластинчатые глушители, конструкция которых показана на рис. 8.18a. Кроме того, в горизонтальных каналах часто устанавливают звукопоглощающие щиты, показанные на рис.8.186. Такие щиты представляют собой металлические каркасы, обшитые снаружи перфорированными алюминиевыми листами. В качестве звукопоглощающих материалов используют стекловолокно, обшитое снаружи стеклотканью. Размеры щитов выбирают, исходя из геометрических параметров шахты и конкретных условий работы двигателя. Особенно эффективно применение горизонтальных глушителей шума для боксов, в которых испытывают газо­турбинные и турбовинтовые двигатели.

В вертикальном глушителе выхлопа подвешивается звукопоглотители, конструкция которых показана на рис. 8.18в. Такой поглотитель представляет собой металлический цилиндрический каркас, обтянутый снару­жи металлической сеткой, заполненный внутри керамзитом. Такие погло­тители ярусами подвешиваются в выхлопной шахте.

Шахта подсоса 2 служит для поступления холодного воздуха за счет первой ступени эжектора 3. Этим воздухом удается снизить тем­пературу отработанных газов при прохождении эжекторной трубы 4. В расширяющейся части эжекторной трубы происходит снижение скорости газовой струи, что приводит к уменьшению энергии аэродинамического шума. Эжекторная труба изнутри имеет звукопоглощающее покрытие, вы­полненное в виде перфорированных стенок с термостойким поглотителем, защищенным от выдувания скоростным газовым потоком стальной сеткой. Звукопоглотители должны надежно работать в условиях высоких темпера­тур, воздействия воды, пара и газовых потоков.

Эффективность шумоглушащих устройств L, дБ определяется из условия требуемого заглушения в шахтах

(8.54)

Испытательные станции проектируют таким образом, что уровни звуковой мощности, излучаемой шахтами всасывания или подсоса, на 8-10 дБ меньше уровня мощности шахты выхлопа. Это связано с тем, что заглушение шахт всасывания и подсоса достигается более простыми средствами. Тогда в расчет шума, излучаемого испытательной станцией, принимается только шум, проникающий через глушитель выхлопа. При этом исходят из условия, что скорость газовоздушного потока в выхлопной шахте не должна превышать 40 м/с.

В процессе расчета определяется количество воздуха, необходимое для охлаждения продуктов сгорания до допустимых значений. Для этого определяется коэффициент эжекции

, (8.55)

где Т_c - температура газовой смеси в струе, К;

Т_доп - допустимая температура газовоздушной смеси, °К;

Т_н - температура наружного воздуха, °К.

Исходя из определенного сечения, по табл.8.5 можно подобрать необходимый тип глушителя и активную длину звукопоглотителей.

Таблица 8.5.

Тип глушителя	Внутренний диаметр глушителя, м	Проходное сечение глушителя, м2	Активная дл. звук. м	Среднегеометрическая частота, Гц
				63	115	250	500	1000	2000	4000	8000
				Заглушение, дБ
СВ-1	2,5	2,5	6	19	22	36	46	49	51	53	53
СВ-2	3,5	5,5	6	19	22	36	46	49	50	50	50
СВ-3	5,0	12,0	8	29	34	47	42	42	49	51	51
СВ-4	7,0	19,0	8	25	32	33	38	39	39	41	43

Приближенные расчеты заглушения шахт всасывания, подсоса, вы­хлопа можно осуществить по формуле

, (8.56)

где  - коэффициент поглощения звукопоглотителей;

l - активная длина звукопоглотителей;

S_ш - площадь сечения шахты;

S_ж - пло­щадь "живого" сечения шахты с учетом установки звукопоглотителей.

Для снижения шума двигателя обычно достаточно иметь глушитель выхлопа с заглушенном 18-20 дБ на низких частотах и 25-30 дБ на вы­соких.