Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Усовершенствован метод определения модального состава шума в канале с потоком сложной геометрической формы на основе численного моделирования в частотной области в результате чего метод позволяет более точно и быстрее определять модальный состав вентилятора учитывая в расчетах любое число мод, используя при этом сигналы натурных измерений с двигателя. Для достижения результата исследованы различные постановки численного моделирования с выбором правильного описания граничных условий, задающих только генерируемые источником моды (разделенные от отраженных мод). Разработана и решена тестовая задача, позволившая верифицировать путем сравнения с аналитическим решением работоспособность предложенной постановки граничных условий для генерации одиночной моды с заданной амплитудой. Проведены расчеты по усовершенствованному методу для разных условий распространения шума в канале, соответствующих характерным параметрам по частоте, скорости потока и модальному составу шума вентилятора авиационного двигателя для режимов взлета, набора высоты и посадки. В результате расчетов установлено, что предложенный метод восстанавливает амплитудные коэффициенты искомых мод с хорошей точностью за приемлемое время, тем самым разработанный метод можно считать верифицированным по решению тестовой задачи. Разработана процедура расчета распространения одиночных звуковых мод через воздухозаборник авиационного двигателя, облицованный ЗПК с переменным импедансом, зависящим от скорости потока и уровня звукового давления в локальной точке ЗПК. Проведены расчеты, которые показали, что разработанная процедура составлена корректно. Это доказывается тем, что абсолютно разные начальные приближения по распределению УЗД вдоль ЗПК для каждой рассматриваемой моды приводят к одному и тому же конечному решению. Таким образом, валидированная процедура может быть предложена для применения в дальнейших расчетах по прогнозированию шума вентилятора в дальнем поле. Сравнительный анализ результатов расчетов, полученных по разработанной процедуре, показал, что в зависимости от окружного и радиального номера моды, а также геометрических характеристик ЗПК могут получаться разные соотношения между УЗД в дальнем поле для постоянного и переменного импеданса. В общем случае постоянный и переменный импеданс дают отличные друг от друга значения УЗД в дальнем поле, при этом учет переменности импеданса меняет не только значения УЗД в дальнем поле, но и направленность максимального излучения моды. Это говорит о том, что эффект переменного импеданса необходимо учитывать при прогнозировании шума вентилятора в дальнем поле. Разработана численная модель для исследования влияния шума с различным модальным составом на импеданс локально-реагирующей ЗПК. Расчетная область представляет собой волновод, к стенкам которого присоединена группа резонаторов. При этом расчетная процедура организована так, что изначально заданные амплитудные коэффициенты мод корректируются таким образом, чтобы обеспечить на поверхности резонаторов во всех случаях одинаковый уровень звукового давления. По разработанным программным кодам проведены параметрические исследования для разных модальных составов генерируемого шума и разных конструкционных параметров как одного щелевого резонатора, так и группы из 11 резонаторов. По результатам расчетов установлено, что: 1) Импеданс, вычисленный прямым методом, при использовании значений нормальной акустической скорости, усредненной по площади щелей резонаторов и акустических давлений, усредненных по поверхности щели или по лицевой поверхности всего резонатора, не зависит от модального состава шума в канале. 2) Импеданс, вычисленный методом Дина, при использовании значений акустического давления, усредненного по лицевой поверхности резонатора или по площади щелей резонаторов и акустических давлений, усредненных по площади дна резонатора, не зависит от модального состава шума в канале. 3) Импеданс, вычисленный методом Дина, при использовании значений акустического давления, в отдельных точках на лицевой поверхности резонатора и на дне резонатора зависит от модального состава шума в канале. Разработан метод определения модального состава звукового поля в резонаторах ЗПК цилиндрической формы на основе численного моделирования физических процессов в интерферометре с нормальным падением волн. Метод основан на поиске амплитудных коэффициентов мод путем минимизации невязки между аналитическим решением (для цилиндрического канала оно известно) и результатами численного моделирования физических процессов в интерферометре, в результате которого в разных точках резонатора определяется акустическое давление. Разработан модифицированный метод Дина для определения импеданса однослойной ЗПК локально-реагирующего типа на основе уточнения модального состава звукового поля в резонаторах цилиндрической формы. Проведены расчетные исследования конструкционных параметров резонатора (глубина полости, степень перфорации, положения отверстий), на импеданс, получаемый по классическому и модифицированному методу Дина. В результате расчетов установлено, что сложная модальная структура звукового поля на дне резонатора может сильно влиять на импеданс, определяемый по классической формуле Дина. Для резонаторов с малой высотой полости и малой степенью перфорации при разном положение отверстий на одних и тех же частотах поле звукового давления не является однородным по сечению, а распределение звукового давления на дне резонатора разное. Также установлено, что при разном положение отверстий в крышке резонатора коэффициент нулевой моды оказывается одинаковым. Расчеты импеданса по модифицированной формуле Дина показывают, что в этом случае импеданс не зависит от положения отверстий в крышке резонатора и совпадает с импедансом, определенным по обычной формуле Дина, если отверстия расположены равномерно. Разработана и изготовлена кассета для образца ЗПК в интерферометре нормального падения с возможностью установки в него зондовых микрофонов для измерения импеданса методом Дина и экспериментального определения модального состава звукового поля на дне резонатора. Разработаны и изготовлены образцы ЗПК для проведения верификационных исследований по определению импеданса методом Дина с учетом модального состава звукового поля в резонаторах цилиндрической формы. Проведены натурные эксперименты и верификация модифицированного метода Дина по определению импеданса ЗПК расчетным способом с учетом модального состава звукового поля в резонаторах цилиндрической формы. Установлено, что поведение импеданса для разных резонаторов совпадает с предсказанным ранее на основе численного моделирования. Однако количественное согласование импедансов не получено, поскольку численное моделирование проводилось на основе линеаризованных уравнений, не описывающих в полной мере физические процессы, реализуемые в резонаторе при натурном эксперименте. Тем не менее можно заключить, что разработанный модифицированный метод Дина успешно верифицирован. Кроме того, важно отметить, что эксперимент по модальному анализу звукового поля на дне резонатора был реализован впервые в мировой практике.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Разработана постановка численного моделирования распространения одиночных мод в трехмерном канале с потоком и присоединенной к нему группой двухслойных сотовых резонаторов. Проведено параметрическое исследование влияния модального состава шума в канале с потоком на импеданс многослойной звукопоглощающей конструкции локально-реагирующего типа (рассмотрены разные частоты, модальный состав, скорость потока и геометрические характеристики звукопоглощающей конструкции). Установлено, что импеданс, определяемый методом Дина по измерениям акустического давления в локальных точках вдоль образца ЗПК изменяется в зависимости от рассматриваемой моды. Разработан метод нахождения модального состава звукового поля в резонаторе с произвольной формой поперечного сечения на основе численного моделирования физических процессов в интерферометре нормального падения волн с присоединенным к нему резонатором. Результаты численного моделирования показали, что для сотового резонатора степень неоднородности звукового поля внутри полости получается заметно выше (особенно на высоких частотах), чем для цилиндрического резонатора. При этом точность определения по разработанной процедуре значений амплитудных коэффициентов мод на дне резонатора сильно зависит от количества точек, в которых считывается акустическое давление, тогда как амплитудные коэффициенты нулевой моды на лицевой поверхности резонатора слабо отличаются от значений акустического давления, измеряемого в различных точках. Разработана модификация метода Дина, устраняющая неоднозначность определения импеданса классическим методом Дина в случае неоднородности звукового поля в резонаторе сложной формы. Предварительная отработка метода выполнялась на основе численного моделирования физических процессов в интерферометре нормального падения волн с присоединенным к нему резонатором сотовой формы. На основе проведенных расчетов создана база значений импеданса однослойных сотовых резонаторов при разных конструкционных параметрах (глубина резонаторов, степень перфорации), полученных по классическому и модифицированному методу Дина. Анализ результатов расчетов показал, что классический метод Дина в случае неоднородности звукового поля на дне резонатора дает разные значения импеданса в зависимости от выбора точек установки измерительных зондов акустического давления, тогда как модифицированный метод позволяет однозначно определять импеданс. Дополнительно проведено сравнение согласования модифицированного метода Дина с прямым методом определения импеданса (через отношение акустического давления к нормальной компоненте акустической скорости на поверхности резонатора) для чего выведена формула пересчета импеданса с одного метода на другой. На основе численного моделирования распространения звука в канале интерферометра нормального падения с присоединенным к нему образцом ЗПК отработан модифицированный метод Дина по определению импеданса двухслойной ЗПК. Проведены расчеты резонаторов с геометрическими параметрами характерными для двухслойных облицовок авиационных двигателей. Создана база расчетных значений импеданса двухслойных сотовых резонаторов при разных конструкционных параметрах каждого слоя (глубина резонаторов, степень перфорации), полученных по классическому и модифицированному методу Дина. Определено, что для двухслойных облицовок авиационных двигателей импеданс по классическому и модифицированному методу Дина получается одинаковым. Разработаны и изготовлены одно- и двухслойные образцы звукопоглощающих конструкций для проведения верификационных исследований по определению импеданса методом Дина с учетом модального состава в резонаторах сотовой формы в интерферометре нормального падения. Разработан алгоритм и программный код для автоматизации измерений импеданса на интерферометре нормального падения методом Дина на «чистом синусе». В интерферометре нормального падения с диаметром 30 мм проведены измерения однослойного и двухслойного образцов стандартным и модифицированным методом Дина. Результаты измерений показали, что для случая однослойного образца на дне резонатора наблюдается неравномерность звукового поля, которая увеличивается с ростом частоты и уровня звукового давления, в результате чего импеданс, определенный модифицированным методом Дина отличается от импеданса, определенного классическим методом Дина. Звуковое поле на дне измеренного двухслойного резонатора является однородным и импеданс, определенный по стандартному и модифицированному методу Дина одинаков. Также в интерферометре с диаметром канала 50 мм были проведены измерения однослойных образцов ЗПК в широком диапазоне звуковых давлений на сигналах «белый шум» и «чистый синус». Сигналы с микрофонов обрабатывались методом Дина и методом передаточной функции. Полученные спектры импеданса также дополнительно сравнивались с известными полуэмпирическими моделями импеданса (Соболев, Goodrich, Eversman). Установлено, что полуэмпирические модели импеданса лучше согласуются с методом Дина, чем с методом передаточной функции, и при тональном возбуждении звука, чем при белом шуме. Создана база расчетных значений импеданса звукопоглощающей конструкции с конструкционными параметрами, соответствующими натурным акустическим облицовкам авиационных двигателей, полученные по классическому и модифицированному методу Дина, учитывающему модальный состав звукового поля в резонаторах, при их функционировании в интерферометре с потоком. Анализ показывает, что импеданс, определяемый по классическому и модифицированному методу Дина оказывается одинаковым. Данный результат можно объяснить более быстрым выравниванием звукового поля в резонаторе при рассматриваемых условиях .Также определено, что наличие потока в канале интерферометра приводит к смещению импедансных кривых в частотном диапазоне, но не влияет на модальный состав внутри резонатора. Разработана и изготовлена кассета для образца звукопоглощающей конструкции в интерферометре со скользящим потоком с возможностью установки в него зондовых микрофонов для измерения импеданса методом Дина. Разработаны и изготовлены образцы звукопоглощающих конструкций для проведения верификационных исследований в интерферометре со скользящим потоком по определению импеданса методом Дина с учетом модального состава звукового поля в резонаторах сотовой формы. Проведены натурные измерения шума в интерферометре со скользящим потоком для однослойного и двухслойного образцов ЗПК с геометрическими параметрами, характерными для облицовок авиационных двигателей. Измерения проводились микрофонами, установленными заподлицо в стенке канала и зондовыми микрофонами, установленными в образце звукопоглощающей конструкции. На основе полученных результатов измерений проведено определение импеданса по стандартному и модифицированному методу Дина, учитывающему влияние модального состава в резонаторе на импеданс при наличии в канале скользящего потока. Также проведено определение импеданса методом извлечения на основе данных с микрофонов в канале интерферометра со скользящим потоком. Установлено, что импеданс, определяемый стандартным и модифицированным методом Дина, одинаков (что было ранее получено в численном моделировании) и имеет меньшие разбросы в значениях, чем импеданс, определяемый методом извлечения (на основе минимизации невязки между расчетными и экспериментальными значениями акустических давлений на микрофонах). URL: https://naked-science.ru/article/column/v-peri-vyyasnili-kak-povy