О механизме боковой асимметрии излучения шума воздушного винта, установленного вблизи крыла

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Изучается эффект боковой асимметрии диаграммы направленности излучения воздушного винта, установленного вблизи крыла. В рамках упрощенной теоретической модели шума нагрузки винта и его экранирования полуплоскостью, а также с помощью численного моделирования взаимодействия винта с плоской конечной пластиной показано, что при близком расположении винта и рассеивающей поверхности проявляется существенная боковая асимметрия излучения тонального шума винта в дальнем поле. Механизм данного эффекта, сопровождающего симметричную звуковую направленность самого винта и симметрию рассеивателя (крыла), связан со сфазированным суммированием звукового поля, излучаемого непосредственно винтом, и вторичного звукового поля, генерируемого на поверхности крыла из-за рассеяния возмущений (преимущественно — гидродинамических), создаваемых винтом на передней кромке крыла. Таким образом, проведенное исследование продемонстрировало, что наличие боковой асимметрии диаграммы направленности излучения шума, присущее винтовым самолетам, является следствием взаимодействия винтов и близкорасположенных крыльев.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. Ф. Копьев

Центральный аэрогидродинамический институт

Автор, ответственный за переписку.
Email: aeroacoustics@tsagi.ru
Россия, Москва

Н. Н. Остриков

Центральный аэрогидродинамический институт

Email: aeroacoustics@tsagi.ru
Россия, Москва

Г. А. Фараносов

Центральный аэрогидродинамический институт

Email: aeroacoustics@tsagi.ru
Россия, Москва

В. А. Титарев

Центральный аэрогидродинамический институт; ФИЦ «Информатика и управление» РАН

Email: aeroacoustics@tsagi.ru
Россия, Москва; Москва

С. Л. Денисов

Центральный аэрогидродинамический институт

Email: aeroacoustics@tsagi.ru
Россия, Москва

Р. В. Акиньшин

Центральный аэрогидродинамический институт

Email: aeroacoustics@tsagi.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Международные стандарты и Рекомендуемая практика. Приложение 16 к Конвенции о международной гражданской авиации. Охрана окружающей среды. Том 1. Авиационный шум. Изд. 7, 2014 г.
  2. Serrano J.R., Tiseira A.O., García-Cuevas L.M., Varela P. Computational Study of the Propeller Position Effects in Wing-Mounted, Distributed Electric Propulsion with Boundary Layer Ingestion in a 25 kg Remotely Piloted Aircraft // Drones 2021–2021, V. 5. No. 3. P. 56. https://doi.org/10.3390/drones5030056
  3. Carley M. Shielding of rotor noise by plates and wings // Acta Acustica. 2022. V. 6. No 27.
  4. Hanson L., Baskaran K., Zang B., Azarpeyvand M. Acoustic Shielding and Scattering Effects of a Propeller Mounted Above a Flat Plate // Proc.: Internoise 2022. Institute of Noise Control Engineering, 2022.
  5. Roger M., Acevedo-Giraldo D., Jacob M.C. Acoustic versus aerodynamic installation effects on a generic propeller-driven flying architecture // Int. J. Aeroacoustics. 2022. V. 21(5–7). P. 585–609.
  6. Hanson L., Baskaran K., Zang B., Azarpeyvand M. Aeroacoustic Interactions of a Trailing Edge Mounted Propeller and Flat Plate // In 28th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference, 2022, AIAA 2022–2937.
  7. Chaitanya P., Cho M., Palleja-Cabre S., Akiwate D.C., Joseph P., Westcott O., Ferraro M. Aeroacoustics source mechanisms of fixed-wing VTOL configuration // In AIAA AVIATION2023 Forum, AIAA 2023–3356
  8. Acevedo-Giraldo D., Roger M., Jacob M.C. Experimental Study of the Aerodynamic Noise of a Pair of Pusher-Propellers Installed Over a Wing // In AIAA AVIATION2023 Forum, AIAA 2023–3359.
  9. Ostrikov N.N., Denisov S.L. Airframe Shielding of Noncompact Aviation Noise Sources: Theory and Experiment // AIAA Paper 2015–2691, June 2015.
  10. Денисов С.Л., Копьев В.Ф., Остриков Н.Н., Фараносов Г.А., Чернышев С.А. Использование корреляционной модели случайных квадрупольных источников для расчета эффективности экранирования шума турбулентной струи на основе геометрической теории дифракции // Акуст. журн. 2020. Т. 66. № 5. С. 540–555.
  11. Денисов С.Л., Остриков Н.Н., Панкратов И.В. Исследование возможности замены планера самолета интегральной компоновки на плоский полигональный экран для оценки эффективности экранирования шума двигателей на основе геометрической теории дифракции // Акуст. журн. 2020. Т. 66. № 6. С. 622–631.
  12. Денисов С.Л., Остриков Н.Н., Гранич В.Ю. Проблемы снижения шума авиационных силовых установок с помощью эффекта экранирования // Акуст. журн. 2021. Т. 67. № 3. С. 298–302.
  13. Беляев И.В., Копьев В.Ф., Титарев В.А. Разработка нового подхода к расчету шума винтов с использованием суперкомпьютеров // Ученые записки ЦАГИ. 2014. Т. XLV. № 2. С. 78–106.
  14. Титарев В.А., Фараносов Г.А., Чернышев С.А., Батраков А.С. Численное моделирование влияния взаимного расположения винта и пилона на шум турбовинтового самолета // Акуст. журн. 2018. Т. 64. № 6. С. 722–736.
  15. Лазарев Л.А., Титарев В.А., Голубев А.Ю. Оптимизация силового набора подкрепленной оболочки под действием акустического поля винта // Акуст. журн. 2022. Т. 68. № 3. С. 323–329.
  16. Фелсен Л., Маркувиц И. Излучение и рассеяние волн. М: Издательство “Мир”, 1978. Т. 2. 555 с.
  17. Бычков О.П., Фараносов Г.А. Анализ взаимной связи модовой структуры пульсаций ближнего поля струи и шума взаимодействия струи и крыла // Акуст. журн. 2020. Т. 66. № 1. С. 34–45.
  18. Бычков О.П., Фараносов Г.А. Валидация двухточечной модели шума взаимодействия струи и крыла для реалистичной конфигурации // Акуст. журн. 2023. Т. 69. № 2. С. 146–154.
  19. Hirt C.W., Amsden A.A., Cook J.L. An arbitrary Lagrangian-Eulerian computing method for all flow speeds // J. Comput. Phys. 1974. V. 14. P. 227–253.
  20. Gaburro E., Dumbser M., Castro M.J. Direct Arbitrary-Lagrangian-Eulerian finite volume schemes on moving nonconforming unstructured meshes // Comput. and Fluid. 2017. V. 159. P. 254–275.
  21. Dumbser M., Käser M., Titarev V.A., Toro E.F. Quadrature-free non-oscillatory finite volume schemes on unstructured meshes for nonlinear hyperbolic systems // J. Computational Physics. 2007. V. 221. № 2. P. 693–723.
  22. Toro E.F., Spruce M., Speares W. Restoration of the contact surface in the Harten-Lax-van Leer Riemann solver // J. Shock Waves. 1994. V. 4. P. 25–34.
  23. Jameson А. Time-Dependent Calculations Using Multrigrid, with Application to Unsteady Flows past Airfoils and Wings // AIAA paper 91–1596, 1991.
  24. Yoon S., Jameson A. Lower-upper Symmetric-Gauss-Seidel method for the Euler and Navier-Stokes equations // AIAA J. 1988. V. 26(9). P. 1025–1026.
  25. Men’shov I.S., Nakamura Y. On implicit Godunov’s method with exactly linearized numerical flux // Computers and Fluids. 2000. V. 29(6). P. 595–616.
  26. Najafi-Yazdi A., Bres G.A., Mongeau L. An Acoustic Analogy Formulation for Moving Sources in Uniformly Moving Media // Proc. Royal Soc. A. 2011. V. 467. P. 144–165.
  27. Зайцев М.Ю., Копьев В.Ф., Величко С.А., Беляев И.В. Локализация и ранжирование источников шума самолета в летных испытаниях и сравнение с акустическими измерениями крупномасштабной модели крыла // Акуст. журн. 2023. Т. 69. № 2. С. 165–176.
  28. Демьянов М.А. Корреляционный метод идентификации акустических источников с помощью многомикрофонных измерений // Акуст. журн. 2022. Т. 68. № 6. С. 638–646.
  29. Копьев В.Ф., Ершов В.В., Храмцов И.В., Кустов О.Ю. Повышение точности локализации дипольных источников звука с помощью плоских микрофонных антенн // Акуст. журн. 2023. Т. 69. № 2. С. 191–206.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Иллюстрация геометрии расположения источника вблизи бесконечной полуплоскости и расположение плоскости наблюдения

Скачать (52KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Распределение мод уровня звукового давления на плоскости наблюдения на частоте f = 400 Гц: (а) — поле изолированного винта при отсутствии экрана при ys = 175 мм; (б) — поле с учетом геометрического экранирования при ys = 175 мм; (в) — суммарное поле от винта с экраном при ys = 175 мм; (г) — суммарное поле от винта с экраном при ys = 200 мм; (д) — дифрагированное поле при ys = 175 мм

Скачать (487KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Распределение амплитуды и фазы дифрагированного звукового поля от координаты zv на линии xv = 0 и yv = –5 мм при ys = 175 мм на частоте f = 400 Гц

Скачать (88KB)
Метаданные
5. Рис. 4. (а) — Распределение местного угла установки лопасти β вдоль радиуса; (б) — распределение относительной хорды (1) и относительной толщины (2) профиля вдоль радиуса

Скачать (63KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Схема испытаний одиночного винта в заглушенной камере АК-2

Скачать (626KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Схема расположения винта и пластины в расчете

Скачать (55KB)
Метаданные
8. Рис. 7. (а) — Схема расчетной области; (б) — сечение расчетной области вертикальной плоскостью симметрии

Скачать (597KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Вверху — поверхностная сетка на лопасти, внизу — сечение лопасти и шайбы плоскостью на радиусе r / R = 0.8

Скачать (136KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Контрольные FWH-поверхности для расчета шума: (а) — изолированный винт; (б) — винт с пластиной

Скачать (96KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Зависимость коэффициента тяги винта от относительной поступи, линия — данные численного моделирования; маркеры — эксперимент в АК-2

Скачать (50KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Характеристик шума винта для θ = 95°: (а) — временная развертка давления в течение двух оборотов винта; (б) — спектры шума. 1 — эксперимент, 2 — расчет

Скачать (152KB)
Метаданные
13. Рис. 12. Направленность тональных компонент шума винта: 1 — для частоты f = fBPF 400 Гц; 2 — для частоты f = 2 fBPF; 3 — для частоты f = 3 fBPF. Символы — эксперимент, линии — расчет

Скачать (74KB)
Метаданные
14. Рис. 13. Схема области вывода данных по шуму для сравнения случаев изолированного винта и винта с пластиной

Скачать (111KB)
Метаданные
15. Рис. 14. Распределения уровня (в дБ) основной гармоники тонального шума изолированного винта, полученные с использованием различных контрольных поверхностей: (а) — FHW1; (б) — FWH2; (в) — FWH3; (г) — FWH4

Скачать (339KB)
Метаданные
16. Рис. 15. (а) — Сравнение мгновенных полей продольной скорости и (б) — модуля завихренности для одиночного винта и винта с пластиной при ∆y = ∆x и ∆y = 2∆x (сверху вниз)

Скачать (169KB)
Метаданные
17. Рис. 16. Мгновенные поля div V: (а) — изолированный винт; (б) — винт с пластиной ∆y = ∆x, сплошными стрелками показаны направления усиления шума, пунктирными — ослабления шума по сравнению с изолированным винтом

Скачать (214KB)
Метаданные
18. Рис. 17. Распределения уровня основной гармоники тонального шума (а) — изолированного винта и винта с пластиной (∆y = ∆x): (б) — FWH1; (в) — FWH2; (г) — FWH1 и FWH2; (д) — FHW3; (е) — FWH4; (ж) — FWH5; (з) — FWH6

Скачать (505KB)
Метаданные
19. Рис. 18. (а) — Вклад излучения от зоны передней кромки пластины; (б) — суммарное звуковое поле от винта и от зоны передней кромки пластины (∆y = ∆x)

Скачать (175KB)
Метаданные
20. Рис. 19. (а) — Суммарное поле от винта и от пластины; (б) — суммарное поле от винта и от зоны передней кромки пластины (∆y = 2∆x)

Скачать (174KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024