Исследование влияния модальной структуры звукового поля в волноводе и присоединенных резонаторах на импедансные характеристики звукопоглощающих конструкций авиационного двигателя

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-22-20087

НазваниеИсследование влияния модальной структуры звукового поля в волноводе и присоединенных резонаторах на импедансные характеристики звукопоглощающих конструкций авиационного двигателя

Руководитель Пальчиковский Вадим Вадимович, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" , Пермский край

Конкурс №65 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» (региональный конкурс)

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-404 - Физическая акустика

Ключевые слова авиационный двигатель, снижение шума, распространение звука в канале с потоком, звукопоглощающая конструкция локально-реагирующего типа, импеданс, численное моделирование, интерферометр с нормальным падением волн, интерферометр со скользящим потоком, расчетно-экспериментальные методы определения импеданса, модальный состав звукового поля

Код ГРНТИ55.42.47

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Удовлетворение современным и перспективным нормам по шуму воздушных судов на местности, и, соответственно, усиление конкурентоспособности отечественных самолетов гражданской авиации на международном рынке, связанно с необходимостью постоянного усовершенствования используемых расчетно-экспериментальных моделей и методов аэроакустики, а также выдвижения новых подходов и идей. Поскольку доминирующим источником в современных самолетах является шум вентилятора двухконтурного турбореактивного двигателя (особенно на режимах взлета и посадки), то развитие технологий снижения шума вентилятора имеет ключевую роль. Снижение шума, генерируемого вентилятором, обеспечивается за счет облицовки каналов авиационного двигателя звукопоглощающими конструкциями (ЗПК) локально-реагирующего типа, представляющими собой сотовые ячейки, перекрытые тонкими перфорированными листами. Для эффективной работы ЗПК их нужно настроить на оптимальный импеданс, т.е. выбрать по слоям такие конструкционные характеристики (глубина резонаторов, толщина листов перфорации, диаметры отверстий и процент перфорации), которые обеспечили бы импеданс, дающий как можно большее затухание наиболее возбужденных мод. Частью исходных данных для правильного выбора такого импеданса является модальный состав шума, генерируемого вентиляторам, что позволяет определить наиболее энергонесущие моды. Соответственно, важной научной задачей является совершенствование методик определения модального состава шума в канале авиационного двигателя. Поскольку большинство существующих методик модального анализа построено на аналитических решениях, получить которые возможно только для относительно простых случаев (канал с прямой или медленно меняющейся формой), то такие методики не учитывают важные эффекты, связанные с распространением мод в неоднородном газодинамическом поле, и как следствие модальный состав шума вентилятора определяется неверно. В проекте предлагается реализовать метод определения модального состава шума в канале сложной формы на основе численного моделирования аэроакустических процессов в частотной области, что позволит более надежно определять наиболее энергонесущие моды по данным натурных измерений и, соответственно, лучше настраивать ЗПК на оптимальный импеданс. Кроме того, важным и малоизученным является вопрос влияния модального состава шума в канале на сам импеданс ЗПК. Пока существующие методики настройки ЗПК не учитывают данный эффект, и решение данного вопроса не только внесет научный вклад в прояснение физических принципов взаимодействия шума с разным модальным составом с импедансной стенкой, но и поспособствует повышению качества настройки ЗПК на оптимальный импеданс. Поскольку натурный эксперимент для проведения таких исследований реализовать крайне затруднительно из-за сложности точного контроля модального состава и уровня звукового давления на поверхности ЗПК, то в проекте предлагается решить данную задачу на основе численного моделирования физических процессов в ячейках локально-реагирующей ЗПК при падении на них шума с разным модальным составом. Также важным в цикле разработки ЗПК является вопрос совершенствования методов определения импеданса уже спроектированной конструкции, с целью оценки соответствия ее импедансных характеристик проектным значениям. Одним из направлений в совершенствовании таких методов является исследование модальной структуры звукового поля внутри локально-реагирующей ЗПК и ее учет в конечных расчетных моделях определения импеданса по результатам измерений акустического давления в экспериментальных установках. Данную задачу предлагается решить на основе численного моделирования физических процессов в резонаторах при нормальном и скользящем падении волн с высокими уровнями звукового давления и потоком (что характерно для каналов авиационного двигателя) и разработки аналитической модели модального представления звукового поля в резонаторе сотовой формы. Расчетные значения импеданса ЗПК, полученные по разработанным методам, будут верифицированы на основе натурных экспериментов в интерферометре с нормальным падением волн и интерферометре с потоком. Таким образом, можно констатировать, что решение задач о влиянии модальной структуры звукового поля в волноводе с потоком и присоединенных резонаторах на импеданс ЗПК авиационного двигателя имеет высокую степень актуальности как в получении новой научной информации, так и в усовершенствовании настройки ЗПК на эффективное снижение шума вентилятора, а с ним и в улучшении акустических характеристик отечественных двигателей и, соответственно, повышении конкурентоспособности отечественной авиации на международной арене.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Пальчиковский В.В., Храмцов И.В., Кустов О.Ю. On the Influence of Certain Geometric Characteristics of the Resonator on the Impedance Determined by the Dean’s Method Acoustics, Т.4, №2, С.382-393. (год публикации - 2022)
10.3390/acoustics4020023

2. Пальчиковский В.В., Кузнецов А.А., Павлоградский В.В. Оценка влияния переменности импеданса звукопоглощающей облицовки на шум вентилятора авиационного двигателя в расчете распространения звуковых мод в дальнее поле Акустический журнал, том 69, № 2, с. 230–241 (год публикации - 2023)
10.31857/S0320791923600087

3. Пальчиковский В.В., Кузнецов А.А., Павлоградский В.В. Evaluation of the impedance variability effect of acoustic liner on aircraft engine fan noise in calculation of far field sound modes propagation Acoustical Physics, Vol. 69, No. 2, pp. 241–251 (год публикации - 2023)
10.1134/S1063771023600079

4. Пальчиковский В.В., Кузнецов А.А., Храмцов И.В., Кустов О.Ю. Comparison of semi-empirical impedance models for locally-reacting acoustic liners in a wide range of sound pressure levels Acoustics, Vol. 5, No. 3, pp. 676–692 (год публикации - 2023)
10.3390/acoustics5030041

5. Пальчиковский В.В., Белобородов С.Ф. On the correct generation of a single sound mode in a duct with flow in COMSOL Multiphysics E3S Web of Conferences, Vol. 446, No. 01003 (год публикации - 2023)
10.1051/e3sconf/202344601003

6. Пальчиковский В.В. Исследование влияния одиночных мод на импеданс щелевого резонатора ЗАЩИТА ОТ ПОВЫШЕННОГО ШУМА И ВИБРАЦИИ. Сборник трудов конференции IX Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Санкт-Петербург, 2023, C. 161-166 (год публикации - 2023)

7. Кузнецов А.А., Пальчиковский В.В., Храмцов И.В., Кустов О.Ю. Сравнение полуэмпирических моделей импеданса для локально-реагирующих звукопоглощающих конструкций ЗАЩИТА ОТ ПОВЫШЕННОГО ШУМА И ВИБРАЦИИ. Сборник трудов конференции IX Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Санкт-Петербург, 2023, С. 299-307 (год публикации - 2023)

8. Пальчиковский В.В., Кузнецов А.А., Корин И.А., Сорокин Е.В., Храмцов И.В., Кустов О.Ю. Верификация алгоритма расчета распространения звука в канале с импедансной стенкой с учетом изменения звукового давления вдоль канала ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ XХ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ПО АЭРОАКУСТИКЕ, С. 105. (год публикации - 2023)

9. Пальчиковский В.В., Корин И.А., Сорокин Е.В., Кузнецов А.А., Бульбович Р.В., Павлоградский В.В. Исследование работы интерферометра с вращающимися звуковыми волнами при отсутствии потока ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ XХ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ПО АЭРОАКУСТИКЕ, С. 112-113 (год публикации - 2023)

Публикации