Размещено на http://allbest.ru

Институт теоретической и прикладной механики

им. С.А. Христиановича СО РАН

Акустическое излучение сверхзвуковых струй

Губанов Д.А.

г. Новосибирск

Сверхзвуковые струи - источник интенсивного акустического излучения. Проблема смешения и поиска способов уменьшения уровня акустического шума в сверхзвуковых струях является актуальной в настоящее время. Это вызвано современными требованиями к уменьшению шума газотурбинных установок, авиационных двигателей, снижению заметности самолета, повышению эффективности газовых эжекторов путем интенсификации процессов смешения потока струи с газом окружающей её среды. акустический сверхзвуковой газотурбинный шум

Рис. 1. Мгновенная шлирен-визуализация течения сверхзвуковой неизобарической струи на которой видны, излучаемые струей, волны Маха

Уровень звукового давления определяется геометрическими и газодинамическими параметрами струи. Акустическое излучение струи генерируется многочисленными турбулентными вихрями различного масштаба в слое смешения струи. Взаимодействие вихрей с ударно-волновой структурой струи приводит к дополнительному механизму излучения акустического шума. Так акустический шум сверхзвуковых струй по своей природе разделяют на шум смешения, широкополосный ударно-волновой шум и дискретный тон (рис. 2).

Рис. 2. Типичный шум сверхзвуковой струи в дальнем акустическом поле [8]

Диаграммы направленности акустического излучения сверхзвуковой струи не является круговой из-за эффекта протяженности источников, их конвекции и рефракции (рис.3). Также компоненты шума сверхзвуковой струи имеют зависимость от угла наблюдения с наличием преобладаемого направления излучения.

а б в

Рис. 3. Диаграмма направленности турбулентной струи с учетом различных эффектов: а - с учет протяженности струи, б - а + учет конфекции источников, в - б + учет преломления звука

Известные способы управления шумом включают в себя экранирование струи газовым экраном [1], применение секторных сопел, многотрубчатых насадков, использование периодических электрических разрядов, впрыск жидкости в поток основной струи, а также методы, использующие генерацию продольных вихрей при помощи дольчатых смесителей [2], эжекторных сопел, табов, шевронов [3], вдува микроструй [4, 5, 6]. Основной эффект от использования вихрегенераторов связан с образованием продольных вихрей, влияющих на структуру течения в слое смешения струи. Определяющая роль в развитии слоя смешения связывается с продольными вихрями [7].

Также в работе приведены результаты экспериментального исследования влияния вихрегенераторов [9,10] (шевронный насадок и вдув 6 микроструй) на суммарный уровень и диаграмму направленности (рис. 4) акустического излучения высокоскоростных струи Ma=1 Npr=5, проведенного на Вертикальной струйной установке ИТПМ СО РАН совместно с Запрягаевым В.И. и Киселевым Н.П..

Рис. 4. Карта зависимости разницы в амплитуде спектра шума струи Ma=1 Npr=5 c вдувом шести микроструй и невозмущенной струи от угла наблюдения (а), характерные спектры шума струи Ma=1 Npr=5 с вдувом 6 микроструй Maj=1 Nprj=4 (б)

Литература

Мунин А.Г., Самохин В.Ф., Шипов Р.А. и др. Авиационная акустика, ч.1. Шум на местности дозвуковых пассажирских самолетов и вертолетов / М.: Машиностроение, 1986 г.

James Bridges, Mark P. Wernet Cross-Stream PIV Measurements of Jets With Internal Lobed Mixers // NASA/TM--2004-213106. 2004.

Sayed N., Mikkelsen K., Bridges J. Acoustics and thrust of quiet separate-flow high-bypass-ratio nozzles // AIAA J. 2003. V. 41, N 3, P. 372-378.

Mehmet B.Alkislar, A. Krothapalli, W.G. Butler The effect of streamwise vortices on the aeroacoustics of a Mach 0.9 jet // J. Fluid Mech. 2007, V. 578. P. 139-169.

Khritov K. M., Kozlov V. Ye., Krasheninnikov S. Yu, et al. On the prediction of turbulent jet noise using traditional aeroacoustic methods // J. Aeroacoustic. 2005. V. 4, N 3/4. P. 289-324.

F.S. Alvi, C. Shih, R. Elavarasan, G. Garg and A. Krothapalli Control of Supersonic Impinging Jet Flows Using Supersonic Microjets // AIAA J. 2003. V. 41, N. 7. P. 1347-1355.

Liepman D., Gharib M. "The role of streamwise vorticity in the near-field entraiment of round jets" // J. Fluid Mech. 1992. V. 245. P. 643-668.

JM Seiner Advances in high speed jet aeroacoust. // AIAA Paper. - 1984. - 2275.

Губанов Д.А., Киселев Н.П., Запрягаев В.И., Экспериментальное исследование влияния вихрегенераторов и подвода жидкости на шум высокоскоростных струй // Уч. запис. ЦАГИ, том XLIII №4, 2012. - стр.57-68.

Запрягаев В.И., Губанов Д.А., Киселев Н.П., Структура течения сверхзвуковой недорасширенной струи с вдувом микроструй // Журнал «Вестник НГУ. Серия: Физика. 2013. Том. 8., выпуск 1, с. 44-55.

Размещено на Allbest.ru