1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Акустический журнал
  4. T. 69, № 6, 2023

Акустический журнал, 2023, T. 69, № 6, стр. 745-755

Моделирование акустических процессов взаимодействия ячеек звукопоглощающих конструкций авиационных двигателей

П. В. Писарев a, *, А. А. Паньков a, А. Н. Аношкин a, К. А. Ахунзянова a

a Пермский национальный исследовательский политехнический университет
614990 Пермь, Комсомольский проспект 29, Россия

* E-mail: pisarev85@live.ru

Поступила в редакцию 11.11.2021
После доработки 24.04.2023
Принята к публикации 22.06.2023

Аннотация

Разработаны физические и математические численные модели для прогнозирования эффективных акустических свойств звукопоглощающих сотовых конструкций при уровнях звукового давления 100 и 130 дБ при нормальном падении звуковой волны. Исследованы коэффициенты звукопоглощения и закономерности акустических взаимодействий ячеек, установленных на торце цилиндрического канала при нормальном падении на них звуковых волн, с использованием численного математического и физического моделирования. Дана оценка эффективности звукопоглощения одиночных и групп резонаторов различных форм и размеров, выявлены уникальные сочетания ячеек в группах с учетом их акустических взаимодействий. Представительные образцы фрагментов звукопоглощающих конструкций изготовлены методом 3D-печати, лабораторные испытания образцов проведены с использованием интерферометра с нормальным падением звуковой волны на ячейки при уровне звукового давления 130 дБ.

Ключевые слова: аэроакустика, звукопоглощающие конструкции, ячейка Гельмгольца, структурная оптимизация, математическое моделирование, эксперимент, интерферометр, импеданс, коэффициент звукопоглощения

Список литературы

  1. Захаров А.Г., Аношкин А.Н., Паньков А.А., Писарев П.В. Акустические резонансные характеристики двух- и трехслойных сотовых звукопоглощающих панелей // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. 2016. № 46. С. 144–159. https://doi.org/10.15593/2224-9982/2016.46.08

  2. Соболев А.Ф., Ушаков В.Г., Филиппова Р.Д. Звукопоглощающие конструкции гомогенного типа для каналов авиационных двигателей // Акуст. журн. 2009. Т. 55. № 6. С. 749‑759.

  3. Дубень А.П., Козубская Т.К., Королёв С.И., Маслов В.П., Миронов А.К., Миронова Д.А., Шахпаронов В.М. Исследование акустического течения в горле резонатора // Акуст. журн. 2012. Т. 58. № 1. С. 80–92.

  4. Mahmud Md.A., Hossain Md.Z., Islam S., Morshed M.M.M. A Comparative Study Between Different Helmholtz Resonator Systems // Acoustique Canadienne. 2016. V. 44. № 4. P. 12–17.

  5. Xu M.B., Selamet A., Kim H. Dual Helmholtz resonator // Appl. Acoust. 2010. V. 71. P. 822–829.

  6. Selamet A., Lee I. Helmholtz resonator with extended neck // J. Acoust. Soc. Am. 2003. V. 113. № 4. P. 1975–1985.

  7. Аношкин А.Н., Захаров А.Г., Городкова Н.А., Чурсин В.А. Расчетно-экспериментальные исследования резонансных многослойных звукопоглощающих конструкций // Вестник ПНИПУ. Механика. 2015. № 1. С. 5–20. https://doi.org/10.15593/perm.mech/2015.1.01

  8. Pisarev P.V., Anoshkin A.N., Pan’kov A.A. Acoustic resonance in the cylindrical two-chamber cell with the elastic permeable membrane // ISJ Theor. and App. Sci. 2016. V. 44. № 12. P. 55–61.

  9. Бакланов В.С., Постнов С.С., Постнова Е.А. Расчет резонансных звукопоглощающих конструкций для современных авиационных двигателей // Матем. моделирование. 2007. Т. 19. № 8. С. 22–30.

  10. Ingard U. On the Theory and Design of Acoustic Resonators // J. Acoust. Soc. Am. 1953. V. 55. № 6. P. 1037–1061. https://doi.org/10.1121/1.1907235

  11. Alster M. Improved calculation of resonant frequencies of Helmholtz resonators // J. Sound Vib. 1972. V. 24. № 1. P. 63–85. https://doi.org/10.1016/0022-460X(72)90123-X

  12. Pisarev P.V., Anoshkin A.N., Pan’kov A.A. Effect of neck geometry of resonance cells on noise reduction efficiency in sound-absorbing structures / Ed. by Fomin V. Perm: AIP Conf. Proceedings. 2016. V. 1770. https://doi.org/10.1063/1.4964061

  13. Selamet A., Radavich P.M., Dickey N.S. and Novak J.M. Circular concentric Helmholtz resonators // J. Acoust. Soc. Am. 1997. V. 101. № 1. P. 41–51.

  14. Selamet A., Dicky N.S., Novak J.M. Theoretical, computational and experimental investigation of Helmholtz resonators with fixed volume: lumped versus distributed analysis // J. Sound Vib. 1995. V. 187. № 2. P. 358–367.

  15. Соболев А.Ф. Повышение эффективности снижения шума в канале с потоком при наличии звукопоглощающих облицовок // Акуст. журн. 1999. Т. 45. № 3. С. 404–414.

  16. Соболев А.Ф., Соловьева Н.М., Филиппова Р.Д. Расширение частотной полосы звукопоглощения облицовок силовых установок самолетов // Акуст. журн. 1995. Т. 41. № 1. С. 146–152.

  17. Соболев А.Ф. Звукопоглощающие конструкции с расширенной полосой затухания для каналов авиационных двигателей // Акуст. журн. 2000. Т. 46. № 4. С. 536–544.

  18. Патент №179829. Российская Федерация, МПК E04B 1/84. Звукопоглощающая сотовая панель / А.Н. Аношкин, А.А. Паньков, П.В. Писарев, Г.С. Шипунов; патентообладатель А.Н. Аношкин, А.А. Паньков, П.В. Писарев, Г.С. Шипунов. 8л. №2017115461; заявл. 09.02.2016; опубл. 25.05.2018; Бюл. № 15.

  19. Патент № 2686915 Российская Федерация, МПК B32B 3/12. Звукопоглощающая сотовая панель / А.А. Паньков, А.Н., Аношкин, П.В. Писарев; патентообладатель А.А. Паньков, А.Н. Аношкин, П.В. Писарев. 8л. № 2017146121; заявл. 26.12.2017; опубл. 06.05.2019; Бюл. № 13.

  20. Патент №2732532 Российская федерация, МПК F02C 7/24, G10K 11/172. Резонансная ячейка для гашения акустических волн / А.А. Паньков, А.Н. Аношкин, П.В. Писарев; патентообладатель ФГБОУ ВО ПНИПУ. 7л. № 2019112286; заявл. 23.04.2019; опубл. 21.09.2020 Бюл. № 27.

  21. Комкин А.И., Миронов М.А., Быков А.И. Поглощение звука резонатором Гельмгольца // Акуст. журн. 2017. Т. 63. № 4. С. 356–363.

  22. Комкин А.И., Быков А.И., Миронов М.А. Инерционная присоединенная длина отверстия при высоких уровнях звукового давления // Акуст. журн. 2018. Т. 64. № 3. С. 296–301.

  23. Комкин А.И., Быков А.И., Миронов М.А. Акустическое сопротивление отверстия при высоких уровнях звукового давления // Акуст. журн. 2018. Т. 64. № 5. С. 562–565.

  24. Bykov A.I., Komkin A.I., Mironov M.A. Nonlinear acoustic impedance of orifices // Proc. of the 25-th Int. Congress on Sound and Vibration. Hiroshima, Japan, 8–12 July 2018. P. 1–7.

  25. Melling T.H. The acoustic impedance of perforates at medium and high sound pressure levels // J. Sound Vib. 1973. V. 29. № 1. P. 1–65.

  26. Scarpato A. Linear and nonlinear analysis of the acoustic response of perforated plates traversed by a bias flow // Ph.D. dissertation, Ecole Centrale Paris, 2014. 178 p.

  27. Руденко О.В., Хирных К.Л. Модель резонатора Гельмгольца для поглощения интенсивного звука // Акуст. журн. 1990. Т. 36. № 3. С. 527–534.

  28. Салливан Дж.У. Моделирование шума выхлопной системы двигателя // Аэродинамический шум в технике: Пер. с англ. М.: Мир, 1983. С. 233–256.

  29. Терехин А.С. Влияние уровня звукового давления на акустическую эффективность глушителей шума // Труды МВТУ. Вып. 273. М.: Изд-во МВТУ, 1978. С. 68–80.

  30. Эпштейн В.Л., Руденко А.Н., Жемуранов А.П. Нелинейное акустическое сопротивление отверстия // Авиационная акустика. Труды ЦАГИ. Вып. 1806. М.: Изд-во ЦАГИ, 1976. С. 74–70.

  31. Bennetta G., Stephens D.B. Resonant mode characterisation of a cylindrical Helmholtz cavity excited by a shear layer // J. Acoust. Soc. Am. 2017. V. 141. № 1. P. 7–18.

  32. Meissner M. Absorption Properties of Helmholtz Resonator at High Amplitude Incident Sound // Acta Acustica united with Acustica. 2000. V. 86. № 11. P. 985–991.

  33. Wu J., Rudnick I. Measurements of the nonlinear tuning curves of Helmholtz resonators // J. Acoust. Soc. Am. 1986. V. 80. № 5. P. 1419–1422.

  34. Быков А.И. Исследование акустических характеристик резонаторов Гельмгольца в системах снижения шума: дис. канд. техн. наук. М., 2021. 156 с.

  35. Пальчиковский В.В., Кустов О.Ю., Черепанов И.Е., Храмцов И.В. Сравнительные исследования определения акустических характеристик образцов ЗПК в интерферометрах с разным диаметром поперечного сечения канала // Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации. 2017. Т. 1. С. 188–193.

  36. Elnady T., Bodén H. On the modeling of the acoustic impedance of perforates with flow // AIAA Paper. 2003. № 2003–3304.

  37. Yu J., Ruiz M., Kwan H.W. Validation of Goodrich perforate liner impedance model using NASA Langley test data // AIAA Paper. 2008. № 2008–2930.

  38. Мунин А.Г., Кузнецов В.М., Леонтьев В.Е. Аэродинамические источники шума. М.: Машиностроение, 1981. 248 с.

  39. Crandall I. Theory of vibrating systems and sound. New York: D. Van Nostrand & Co. Inc., 1927. 272 c.

  40. Pisarev P.V., Anoshkin A.N. and Merzlyakova N.A. Manufacturing sound-absorbing structures by 3d-printing / Ed by Vorozhtsov A. Tomsk: MATEC Web Conf. 2018. V. 243. https://doi.org/10.1051/matecconf/201824300026

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Акустический журнал

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал