4.5. Турбина гтд

Турбина генерирует широкополосный шум с дискретными составляющими, эквивалентный акустическому диполю. Шум газовой турбины, порождаемый взаимодействием ее роторных и сопловых венцов (см. рис. 17), значительно ниже шума реактивного сопла. Однако турбина имеет еще один механизм генерации шума - акустическое взаимодействие облопачивания с флуктуациями температуры поступающего на них газового потока, так называемый энтропический шум. Такой шум возникает при прохождении температурных флуктуаций через зоны потока с большими градиентами давления и тангенциальной скорости, которые имеют место в межлопаточных каналах турбин. В результате их взаимодействия возникают акустические волны давления и завихренности, порождающие дополнительный шум. При умеренных скоростях интенсивность этого шума достигает значений шума струи реактивного сопла.

Расчетная оценка уровня шума турбины может быть выполнена по следующим формулам. Суммарный уровень звукового давления в направлении максимального излучения (θ = 120⁰):

L_Σ = 8,75 lg (ΔT/T) + 20 lg + 10 lg F - 5 lg (2s/b) - 20 lg R + 150, (14)

Уровень тональной составляющей на частоте следования лопаток турбины в направлении максимального излучения

L = 21 lg (ΔT/T) - 20 lg U_T + 10 lg F - 10 lg (2s/b) - 20 lg R + 200, (15)

где - число М в относительном движении на входе в рабочее колесо турбины в периферийном сечении лопатки ; F - площадь проточной части на выходе из рабочего колеса; s - осевой зазор между СА и РК; b - хорда лопатки СА; R - расстояние от центра сопла до точки измерения шума; ΔT/T = 1 - (1/π_т^*)^(k-1)/k - относительный перепад температуры в турбине; π_т^* - степень понижения полного давления в турбине; k - изоэнтропический показатель.

Приведенные формулы позволяют рассчитывать шум любой ступени турбины; для оценки шума многоступенчатой турбины нужно прибавить к расчетному значению шума одноступенчатой турбины величину 10 lg n, где n - число ступеней турбины.

4.6. Реактивное сопло врд

4.6.1. Акустическая мощность и уровень силы звука

Выбрасываемый из турбины турбулентный поток горячего газа разделяется стойками реактивной трубы ТРД на несколько струй. Эти турбулентные струи осциллирующего горячего газа, по выходу из сужающего реактивного насадка с большой скоростью, формируют широкополосный шум высокой интенсивности в воздухе окружающей среды. Необходимо отметить, что в этом случае прослушивается шум пульсатора горения камеры сгорания.

Основы теории образования шума турбулентными струями были разработаны английским ученым Д.М. Лайтхиллом на базе исследований шума ТРД с четырехстоечными реактивными трубами. На основании этой теории получена формула для определения акустической мощности струй, вытекающих в неподвижный воздух из расчетных сопел (М_с = 0,5 … 1,5):

W = k_эρ_c²V_c⁸F_c/(ρ₀а₀⁵), (16)

где k_э – экспериментальный коэффициент; . ρ_c, V_c – плотность и скорость газа на выходе из сопла; F_c – площадь выходного сечения сопла; ρ₀, а₀ – плотность газа и скорость звука в наружной среде.

Для перехода к уровню силы звука в дальнем звуковом поле (т.е. на расстоянии R, существенно превышающем диаметр сопла) воспользуемся связью J = WФ/F:

L_W = 10 lg [W/(JF)] + 10 lg Ф, (17)

где F - поверхность, в которую происходит излучение шума ,при излучении в сферу F= 4πR²; (10 lgФ) - фактор направленности излучения шума, представляющий собой разность в децибелах между измеренным уровнем шума в данной точке и расчетным уровнем от фиктивного ненаправленного источника шума той же мощности, излучающего шум в сферу равномерно во всех направлениях. Из рассмотрения выражения (16) следует, что на акустическую мощность струи влияют размеры двигателя, плотность выхлопных газов и скорость их истечения. У двигателей одного типа с одинаковым уровнем параметров цикла (π_к^*, Т_г^*) тяга пропорциональна расходу воздуха, т.е. площади среза сопла. В этом случае акустическая мощность реактивной струи двигателя прямо пропорциональна его тяге. Уменьшение плотности выхлопных газов или увеличение температуры при прочих равных условиях уменьшает шум. Наибольшее влияние на шум оказывает скорость истечения газов V_с⁸. В частности, переход в дозвуковой авиации к использованию ТРДД вместо ТРД и повышение степени двухконтурности в них привело к уменьшению удельной тяги, скорости истечения газов и существенному снижению общего шума при эксплуатации самолетов как это показано на рис.11 ( кривые 1 и 2).