Исследование вихревого шума вращающихся лопастей

Дан краткий обзор механизмов генерации шума воздушного винта. Подробно рассмотрена вихревая составляющая шума винта. Представлены результаты исследования вихревого шума вращающихся стержней в условиях открытой местности. Получены спектральные, интегральные и пространственные характеристики акустического поля вращающихся стержней. Установлено, что слышимость исследуемых вращающихся стержней определяется излучением в области частот 250...1250 Гц. Обобщены результаты исследований в части влияния режима обтекания профиля лопасти, характеризуемого числом Рейнольдса, на интенсивность вихревого шума. Показано, что показатель степени зависимости интенсивности вихревого звука от характерной скорости обтекания профиля лопасти в различных диапазонах значений числа Рейнольдса может существенно изменяться. При изменении значения lg Re = 1,8--5,0 итоговая зависимость показателя степени роста скорости сначала снижается от 6 до 3, постоянна и равна 3 в диапазоне lg Re = 2,65--3,2, а затем возрастает до 6 для lg Re = 3,4--3,7, а при еще большем увеличении показатель степени возрастает от 7 до 8 и более (до 11) до lg Re = 4,5. При высоких значениях числа Рейнольдса (более 106), соответствующих автомодельным режимам обтекания лопастей легких винтовых самолетов, показатель степени равен 5. На основании выполненного исследования рекомендовано использовать одну из известных моделей шума задней кромки для расчета вихревого шума воздушных винтов на этапе эскизного проектирования. Сформулированы основные методы снижения интенсивности вихревого звука вращающихся лопастей

Литература

[1] Moshkov P., Ostrikov N., Samokhin V., et al. Study of Ptero-G0 UAV noise with level flight conditions. 25th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conf., AIAA Paper, 2019, no. 2019-2514. DOI: https://doi.org/10.2514/6.2019-2514

[2] Мошков П.А., Самохин В.Ф., Яковлев А.А. Выбор критерия слышимости беспилотных летательных аппаратов с винтомоторной силовой установкой. Изв. вузов. Авиационная техника, 2018, № 2, с. 3--9.

[3] Мошков П.А. Классификация источников шума легких винтовых самолетов на местности. Научно-технический вестник Поволжья, 2015, № 4, с. 101--106.

[4] Гутин Л.Я. О звуковом поле вращающегося винта. ЖТФ, 1936, т. 6, № 5, с. 899--909.

[5] Юдин Е.Я. О вихревом шуме вращающихся стержней. ЖТФ, 1944, т. 14, № 9, с. 561--567.

[6] Непомнящий Е.Я. Результаты исследования шума пропеллера. УФН, 1945, т. 27, № 1, с. 72--95. DOI: https://doi.org/10.3367/UFNr.0027.194501e.0072

[7] Kopiev V.F., Zaitsev M.Yu., Chernyshev S.A. Sound radiation from a free vortex ring and a ring crossing an obstacle. 4th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conf., AIAA Paper, 1998, no. 1998-2371. DOI: https://doi.org/10.2514/6.1998-2371

[8] Kopiev V.F., Zaitsev M.Yu., Karavosov R.K. Experimental investigation of azimuthal structure of dipole noise for rigid cylinder inserted in turbulent jets. 10th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conf., AIAA paper, 2004, no. 2004-2927. DOI: https://doi.org/10.2514/6.2004-2927

[9] Лямшев Л.М. Об эоловых тонах. Акустический журнал, 1962, т. 8, № 1, с. 91--98.

[10] Лямшев Л.М. Рассеяние звука упругими цилиндрами. Акустический журнал, 1959, т. 5, № 1, с. 58--63.

[11] Etkin В., Korbacher G.К., Keefe Н.Т. Acoustic radiation from a stationary cylinder in a fluid stream (Aeolian tones). J. Acoust. Soc. Amer., 1957, vol. 29, iss. 1, pp. 30--36. DOI: https://doi.org/10.1121/1.1908673

[12] Gerrard J.H. An experimental investigation of the oscillation lift and drag of a circular cylinder shedding turbulent vortices. J. Fluid Mech., 1961, vol. 11, iss. 2, pp. 244--256. DOI: https://doi.org/10.1017/S0022112061000494

[13] Остриков Н.Н. Излучение звука распределенными квадрупольными источниками вблизи твердых тел. Акустический журнал, 2012, т. 58, № 4, с. 525--534.

[14] Баженова Л.А. Влияние внешних воздействий на характеристики вихревого звука. Акустический журнал, 2012, т. 58, № 4, с. 412--418.

[15] Баженова Л.А., Семенов А.Г. О природе источника вихревого звука при обтекании потоком цилиндрического профиля. Акустический журнал, 2014, т. 60, № 6, с. 645--655.

[16] Ning Z., Wlezien R.W., Hu H. An experimental study on small UAV propellers with serrated trailing edges. 47th AIAA Fluid Dynamics Conf., AIAA Paper, 2017, no. 2017-3813. DOI: https://doi.org/10.2514/6.2017-3813

[17] Кажан В.Г., Мошков П.А., Самохин В.Ф. Природный фон при проведении акустических испытаний самолетов на аэродроме базирования малой авиации. Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015, № 7. DOI: https://doi.org/10.7463/0715.0782827

[18] Баженова Л.А., Семенов А.Г. О влиянии числа Рейнольдса на интенсивность вихревого звука при обтекании цилиндрического профиля. Акустический журнал, 2013, т. 59, № 5, с. 586--595.

[19] Мошков П.А. Прогнозирование и снижение шума на местности легких винтовых самолетов: Автореф. диc. … канд. техн. наук. М., МАИ, 2015.

[20] Копьев В.Ф., Титарев В.А., Беляев И.В. Разработка методологии расчета шума винтов с использованием суперкомпьютеров. Ученые записки ЦАГИ, 2014, т. 45, № 2, с. 78--106.

[21] Абалакин И.В., Аникин В.А., Бахвалов П.А. и др. Численное исследование аэродинамических и акустических свойств винта в кольце. Известия РАН. Механика жидкости и газа, 2016, № 3, с. 130--145.

[22] Мошков П.А., Самохин В.Ф. Интегральная модель шума винтомоторной силовой установки. Инженерно-физический журнал, 2018, т. 91, № 2, с. 353--360.

[23] Moshkov P., Samokhin V., Yakovlev A. Engine-propeller power plant aircraft community noise reduction key methods. J. Eng. Applied Sci., 2017, vol. 12, no. s9 SI, pp. 8601--8606. DOI: 10.36478/jeasci.2017.8601.8606

[24] Мошков П.А. О направленности акустического излучения винтомоторных силовых установок. Вестник УГАТУ, 2017, т. 21, № 1 (75), с. 118--127.

[25] Leslie A., Wong K.C., Auld D. Broadband noise reduction on a mini-UAV propeller. 14th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conf., AIAA Paper, 2008, no. 2008-3069. DOI: https://doi.org/10.2514/6.2008-3069

[26] Kholodov P., Moreau S. Optimization of serrations for broadband trailing-edge noise reduction using an analytical model. 25th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conf., AIAA Paper, 2019, no. 2019-2655. DOI: https://doi.org/10.2514/6.2019-2655

[27] Wang Y., Tang D.F., Zhao K., et al. Experimental study on noise reduction using brush-serrated trailing edges. 25th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conf., AIAA Paper, 2019, no. 2019-2623. DOI: https://doi.org/10.2514/6.2019-2623

[28] Teruna C., Manegar F. A., Avallone F., et al. Numerical analysis of metal-foam application for trailing edge noise reduction. 25th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conf., AIAA Paper, 2019, no. 2019-2650. DOI: https://doi.org/10.2514/6.2019-2650