5. Испытания по определению акустических характеристик гтд

1. Акустическая характеристика гтд

При опытных испытаниях авиационных ГТД получают акустические характеристики двигателя, которые (в отличие от самолета) не нормируются.

Акустической характеристикой ГТД называется зависимость спектров шума и суммарных уровней звукового давления от режимов и условий работы ГТД. В результате испытаний в каждой точке измерений должны быть получены: приведенные спектры шума в 1/3 - октавных полосах частот в дБ; суммарные уровни звукового давления в дБ, рассчитанные по приведенным спектрам шума в 1/3 - октавных полосах частот; уровни воспринимаемого шума (PN дБ), определенные в соответствии с требованиями к испытаниям, по приведенным спектрам шума в 1/3 - октавных полосах частот; другие акустические характеристики двигателя - уровни звуковой мощности и суммарный уровень звуковой мощности.

По результатам испытаний должен быть составлен акустический паспорт двигателя. Акустические характеристики авиационных ГТД исследуются для достижения следующих целей: уменьшения вредного воздействия шума всего двигателя и отдельных источников шума в нем на человека и окружающую среду; определения эффективности конструкторско-технологических мероприятий по снижению уровня шума от двигателя; определения акустических нагрузок на элементы конструкции силовой установки и самолета; ориентировочных расчетов авиационного шума на местности ЛА с данным двигателем; разработки эксплуатационных приемов уменьшения авиационного шума (трассы минимального шума, предпочтительной по шуму ВПП, многосегментной глиссады, аэродромного глушителя шума при наземной проверке двигателей и др.); диагностики двигателя и его узлов, так как появление неисправностей в системах двигателя ведёт к появлению новых источников аэродинамического шума и, следовательно, к изменению спектра шума при работе двигателя.

Акустическую характеристику ГТД определяют при стендовых испытаниях. Она распространяется на все двигатели данного типа, содержится в акустическом свидетельстве на двигатель и не связана с возможным использованием испытываемого двигателя на конкретном самолете.

5.2. Измерение шума двигателя

Исследование шума двигателя проводят на открытых стендах. Испытания по определению акустических характеристик ГТД требуют создания определенных условий, а именно - свободного звукового поля. Свободное звуковое поле создается при излучении звуковых волн от двигателя, установленного в центре открытой площадки с радиусом до 300 м, ровной и свободной от зданий и различных препятствий, способных внести заметное искажение в звуковое поле в местах его измерения. На таком открытом акустическом стенде места измерений или места расположения микрофонов выбираются таким образом, чтобы определить акустические характеристики двигателя в дальнем, где радиус окружности измерительного пояса должен превышать 30 диаметров двигателя (см. рис. 28 а), и в ближнем акустическом полях. Примерная схема расположения точек измерений приведена на рис. 28 б. Под диаметром двигателя понимается диаметр первого лопаточного венца турбокомпрессора, если он больше диаметра выходного сечения реактивного сопла. В противном случае диаметром двигателя называется выходной диаметр реактивного сопла. При наличии вентилятора, диаметром двигателя является диаметр первого рабочего колеса вентилятора.

Двигатель устанавливается на определенной высоте над бетонированной поверхностью, отражающей звуковые волны (коэффициент звукопоглощения 0,05). Высота расположения оси двигателя над поверхностью должна быть такой, чтобы свести к минимуму искажения потока на входе и выходе двигателя (2,5 - 5 м). Если на расстоянии до 100 м от линии оси двигателя располагаются служебные постройки, то внешние поверхности их стен, обращенные к двигателю, должны быть облицованы звукопоглощающим материалом.

После установки двигателя на стенд определяют основные характеристики (тягу, расход топлива по линии рабочих режимов и др.) установившихся режимов, на которых измеряется шум.

Весовое устройство должно позволять измерять не только прямую, но и обратную тягу, так как необходимо измерять шум двигателя на режимах реверсирования и оценивать потери тяги, связанные с шумоглушением в реверсивном устройстве. Согласно требованиям ICAO на уровни шума, производимого самолетом при работе двигателей на режиме обратной тяги, вводятся ограничения.

В дальнем звуковом поле шум измеряется на полуокружности, расположенной сбоку от двигателя. Центр измерительного пояса располагается в пределах вертикального цилиндра, основанием которого является окружность с диаметром, равным длине исследуемого двигателя. Радиус окружности измерительного пояса равен 100 м. Допускается измерение и на измерительных поясах 50 и 150 м. Места, в которых устанавливаются микрофоны, располагаются на полуокружности через 10⁰. Отсчет углов начинается от входа в двигатель (0⁰ - против входа, 180⁰ - против выхода из двигателя).

В ближнем звуковом поле шум измеряется в точках 18 … 21. Эти точки располагаются в плоской оси двигателя. Измерение шума требует точной и надежной аппаратуры, удовлетворяющей следующим требованиям: неравномерность частотной характеристики на каждой октавной полосе не должна превышать ± 3 дБ; погрешность измерительного тракта с учетом градуировочных кривых не должна превышать ± 2 дБ; уровень внутренних шумов на всех диапазонах измерения должен быть, по крайней мере, на 5 дБ ниже измеряемого значения; микрофон должен быть малонаправленным во всем диапазоне частот.

Измерение шума двигателя должно проводиться при следующих атмосферных условиях: отсутствие осадков, температура воздуха у земли - 10 … + 30⁰ С, влажность 40 … 90 %, скорость ветра не более 5 м·с^-1 на высоте 10 м. Рекомендуется проводить измерения в ночные часы. Атмосферные условия должны регистрироваться каждые 20 мин.

На открытых стендах для акустических исследований можно изучать шум отдельных источников, например, вентилятора, реактивной струи. Для этого можно применить не только экран, но и передвижные глушители шума, например, глушитель реактивной струи. Использование подобного глушителя со стороны входа позволит изучить шум со стороны выхлопа из двигателя.

Акустическая характеристика ГТД, полученная при испытаниях, действительна для таких модифицированных двигателей, которые по сравнению с испытанным двигателем не имеют конструктивных отличий в лопаточной части турбокомпрессора низкого давления, в проходных сечениях и обвода реактивных сопел, в размещении и свойствах звукопоглощающих конструкций в двигателе, в программах работы автоматики.

Разработчик двигателей должен представить в отчете по испытаниям достаточный перечень данных, позволяющих предсказать шум двигателя на любом режиме работы. Требуемые данные включают частоту вращения ротора, число рабочих лопаток, относительный диаметр втулки, полную температуру газа на срезе реактивного сопла, отношения давлений, степень повышения и понижения давлений, скорость на выходе из сопла, массовый расход газа на выходе, температуру и давление окружающего воздуха.

При разработке нового двигателя и при доводке существующих двигателей необходимо подробные акустические исследования элементов ГТД. Для этих целей созданы специальные стенды, называемые безэховыми звукоизолированными камерами. Испытываемый узел двигателя помещают внутри камеры. На поворотной балке установлены микрофоны, которые позволяют определить уровень звукового давления в различных точках поля.