ШУМОГЛУШЕНИЕ ГТД

Источниками шума ГТД являются все элементы проточной части (вентилятор, компрессор, камера сгорания, турбина, реак­тивное сопло) и вытекающая реактивная струя газа.

Уровень шума каждого источника определяется конструктив­ной схемой ГТД, уровнем параметров рабочего процесса, сте­пенью двухконтурности, окружной скоростью лопаток, тягой дви­гателя и т. п.

При малой степени двухконтурности ТРДД (m=1...1,5) основным источником шума является реактивная струя. При большой степени двухконтурности (m>4,0) основным источни­ком шума становится одноступенчатый вентилятор.

Отличительная особенность шума реактивной струи состоит в том, что он образуется вне двигателя в процессе турбулентного смешения свободной струи с окружающей средой.

Спектр шума струи имеет широкополосный характер и рас­положен в области низких частот.

Наиболее эффективным методом снижения акустической мощ­ности струи, а следовательно, и шума является уменьшение ее скорости. Применительно к ТРД и ТРДД малой степени двух­контурности такое снижение шума может быть достигнуто при использовании эжекторного реактивного сопла или специальных многотрубных шумоглушителей.

Принцип действия шумоглушителей, в том числе эжекторных, состоит в том, что к высокоскоростной струе вытекающего газа подсасывается или принудительно подается дополнительный воз­дух из окружающей среды либо из наружного контура ТРДД. Процесс смешения идет тем интенсивнее, чем больше поверх­ность смешения и меньше масштаб процесса. Для этого выхлоп­ную струю разбивают на множество отдельных струй, сохраняя площадь выходного сечения неизменной. Дробление струи на от­дельные мелкие струи приводит к перераспределению звуковой энергии из области низких частот в высокочастотную область. Высокочастотные колебания быстрее затухают в атмосфере по мере их распространения.

Основным требованием к шумоглушителям эжекторного или многотрубного типа является обеспечение уменьшения уровня шума на 5...10 дБ (в 1,5...2 раза) без существенного снижения основных характеристик двигателя: тяги и удельного расхода топлива.

В выполненных и экспериментальных конструкциях шумоглу­шителей нашли применение следующие схемы (рис. 6.9):

q эжекторные сопла;

q многотрубные сопла;

q гофрированные сопла;

q комбинация гофрированных сопел с короткими эжекто­рами.

Эжекторные сопла обеспечивают достаточно полное переме­шивание газовой струи с подсасываемым окружающим воздухом лишь при больших длинах эжектора, составляющих примерно восемь его диаметров. Такое решение не удовлетворяет требо­ваниям по массе и габаритам.

Многотрубные и гофрированные сопла при той же эффектив­ности по снижению шума обладают меньшими габаритами и массой. Это и предопределило их довольно широкое практиче­ское применение в ТРД и ТРДД первых поколений.

Недостатком рассмотренных схем шумоглушителей является повышение расхода топлива на крейсерском режиме, т.е. там, где глушители уже не нужны. Поэтому все более широкое при­менение находят выдвижные шумоглушители, используемые только на этапе взлета, набора высоты, а при необходимости и снижения. Они выполняются в виде обтекаемых стоек, стерж­ней, рассекателей, вводимых в газовую струю в требуемое вре­мя. После использования они убираются и не оказывают сопро­тивления потоку.

В ТРДД большой степени двухконтурности снижение шума газового потока внутреннего контура достигается постановкой смесительных устройств, обеспечивающих интенсивное смеше­ние потоков внутреннего и наружного контуров. Использование камер смешения в ТРДД позволяет помимо снижения уровня шума на 3...5 дБ получить снижение удельного расхода топлива на 3...5% и увеличение тяги на 1...2%. Основными элементами смесительного устройства являются (рис. 6.10) смеситель 1, камера смешения 2, затурбинный обтекатель 3 и реактивное сопло 4.

Наиболее широкое применение получили смесители лепестко­вого типа. Основными параметрами, определяющими эффектив­ность смесителя, являются: число лепестков Zл; относительная длина смесителя,относительная высота лепестка сме­сителя. Увеличение этих параметров ве­дет к повышению эффективности процесса смешения, но сопровождается увеличением массы устройства и ростом гидравличе­ских потерь.

Как уже было отмечено выше, в ТРДД большой степени двухконтурности основным источником шума является вентиля­тор. В настоящее время разработаны следующие основные спо­собы снижения шума одноступенчатого вентилятора ТРДД:

q увеличение осевого расстояния от входа в двигатель до вентилятора и от вентилятора до направляющего аппарата;

q выполнение вентилятора без входного направляющего ап­парата;

q снижение окружной скорости на наружном радиусе венти­лятора до значений, не превышающих 400...450 м/с;

q нерадиальное расположение лопаток направляющего аппарата;

q акустическая обработка мотогондолы звукопоглощаю­щими конструкциями (ЗПК).

Акустическая обработка корпусов применяется также для снижения шума, генерируемого компрессором, камерой сгорания и турбиной. В ЗПК используются два принципа снижения шума:

q поглощение (диссипация) акустической энергии в материа­ле ЗПК;

q смещение частотного диапазона акустических колебаний в высокочастотную область, где затухание звука по мере распро­странения происходит быстрее. С этой целью ЗПК выполняют в виде легкой ячеистой конструкции, каждая из малых объемов (ячеек) которой является резонатором-фильтром, пропускающим звук только собственной высокой частоты колебаний столба воздуха в этом объеме.

В качестве материалов для ЗПК используют алюминиевую фольгу, термостойкие пластмассы (при облицовке корпусов комп­рессора) и фольгу из жаростойких нержавеющих сталей типа 1Х18Н9Т при гашении шума, генерируемого турбиной.

 

Литература:

1. Конспект лекций.

2. Техническое описание двигателей НК-8-2У, Д-36, АИ-25.

3. Г.С. Скубачевский. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей. Москва. Машиностроение. 1974 г.

4. З.С. Паллей, И.М. Королев, Э.В. Ровинский. Конструкция и прочность авиационных газотурбинных двигателей. Москва. “Транспорт”, 1967 г.

5. Л.П. Лозицкий, А.Н. Ветров и др. Конструкция и прочность авиационных газотурбинных двигателей. Москва. “Воздушный транспорт”, 1992 г.

 

Контрольные вопросы

1. Назначение выходных устройств.

2. Типы выходных устройств. Преимущества и недостатки различных типов.

3. Перечислить функции выходных устройств.

4. Какие требования предъявляются к выходным устройствам?

5. Какие требования предъявляют к реверсивным устройствам?

6. Возможные неисправности выходных устройств. Причины их появления и способы устранения.

7. Сделать выводы о внешнем виде и пригодности к работе реверсивного устройства одного из двигателей в лаборатории.

Отчет должен содержать:

1. Номер работы.

2. Цель работы.

3. Задание.

4. Краткое описание конструкции и работы выходных устройств.

5. Фамилия курсанта, выполнявшего отчет по лабораторной работе.

 

Методическую разработку по лабораторной работе составил: преподаватель Линник И.И.