ГЛУШИТЕЛЬ ШУМА ВЕНТИЛЯТОРА ТРДД

Полезная модель относится к авиационному двигателестроению, а именно к разработке и конструированию средств снижения шума, в частности шума авиационного турбореактивного двухконтурного двигателя (ТРДД).
Известен глушитель шума вентилятора ТРДД содержащий сотовую звукопоглощающую конструкцию (ЗПК), размещенную в наружном контуре ТРДД перед лопатками рабочего колеса вентилятора (патент США №6206136, НКИ 181/290, опубл. 2001). Для снижения шума вентилятора ТРДД и выбора характеристик сотовой ЗПК в данном техническом решении предлагается подбирать ее конструктивные параметры. Недостаток данного технического решения заключается в том, что сотовая ЗПК использует лишь один механизм - поглощение звука.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является глушитель шума вентилятора ТРДД (патент США №7124856, НКИ 181/284, опубл. 2006), в котором для повышения акустической эффективности сотовая ЗПК, размещенная в наружном контуре ТРДД перед лопатками рабочего колеса вентилятора, дополнена размещенным за ней последовательно вниз по потоку реактивным рассеивающим глушителем шума. Указывается, что волновое сопротивление сотовой ЗПК составляет -0,5ρс, а рассеивающего глушителя -5ρс. Акустическая эффективность системы шумоглушения характеризуется выбором конструктивных параметров сотовой ЗПК и рассеивающего глушителя. Так, для конкретного конструктивного решения рекомендована толщина сотовой ЗПК 28 мм, а толщина рассеивающего глушителя 7 мм, что соответствует 1/4 длине волны для частоты 3000 Гц. Осевая длина сотовой ЗПК составляет 1020 мм, а осевая длина рассеивающего глушителя составляет 313 мм, что составляет около 30% от длины сотовой ЗПК. Вместе с тем, указанная конструкция глушителя не обеспечивает достаточной акустической эффективности глушения широкополосного шума ТРДД.
В основу полезной модели положена задача повышения акустической эффективности глушения широкополосного шума вентилятора ТРДД на различных эксплуатационных режимах двигателя.
Поставленная задача решается тем, что глушитель шума вентилятора ТРДД, содержит, по меньшей мере, два элемента глушения. Первый элемент выполнен в виде сотовой ЗПК и размещен в наружном контуре ТРДД перед лопатками вентилятора. Второй элемент размещен за первым элементом последовательно по потоку.
Новым в полезной модели является то, что второй элемент выполнен в виде объемного реактивного глушителя и установлен в зоне вентилятора ТРДД. Расстояние между ЗПК и объемным реактивным глушителем составляет не менее двух хорд лопатки вентилятора.
Развитие совокупности существенных признаков полезной модели заключается в том, что объемный реактивный глушитель размещается над лопатками рабочего колеса вентилятора и выполняется в виде надроторного устройства. Такое развитие признаков полезной модели обеспечивает дополнительное повышение эффективности шумоглушения, а также уменьшение осевой длины глушителя шума в целом.
Дополнительные упомянутые преимущества полезной модели развиваются при размещении объемного реактивного глушителя в зоне вентилятора ТРДД таким образом, что часть объемного реактивного глушителя располагается перед лопатками вентилятора. Часть объемного реактивного глушителя также может быть расположена за лопатками рабочего колеса вентилятора.
Настоящая полезная модель поясняется последующим подробным описанием конструкции глушителя шума вентилятора ТРДД и описанием его работы со ссылкой на чертежи и графики, представленные на фиг.1-4, где
на фиг.1 схематично изображен разрез входной части модели турбореактивного двухконтурного двигателя с установленным глушителем шума вентилятора;
на фиг.2 изображен график, где показана эффективность шумоглушения сотовой ЗПК;
на фиг.3 изображен график, где показана эффективность объемно-реагирующего реактивного глушителя шума;
на фиг.4 изображен график, где показана эффективность глушителя, состоящего из сотовой ЗПК, дополненного объемным реактивным глушителем шума; - конфигурация «сотовая ЗПК + жесткий канал + реактивный глушитель» (пунктирная линия), - конфигурация «жесткий канал + сотовая ЗПК + реактивный глушитель» (сплошная линия).
Глушитель шума содержит два элемента, первый из которых выполнен в виде сотовой ЗПК 1. Сотовая ЗПК 1 установлена в наружном контуре 2 ТРДД перед лопатками 3 вентилятора 4. Второй элемент является объемным реактивным глушителем и выполнен в виде надроторного устройства 5 (НРУ). НРУ 5 размещено над лопатками 3 вентилятора 4. Между ЗПК 1 и НРУ 5 расположена жесткая стенка 6. Причем расстояние L между сотовой ЗПК 1 и НРУ 5 составляет не менее двух хорд лопатки 3 рабочего колеса вентилятора 4.
Работа глушителя шума осуществляется следующим образом. При взаимодействии рабочего колеса вентилятора 4 с входной неравномерностью генерируется тональный шум, который распространяется по воздухозаборному каналу наружного контура 2 ТРДД в виде спиральных мод.
Попадая в зону объемного реактивного глушителя (например, НРУ 5) акустические волны частично отражаются и частично трансформируются из акустических мод низкого порядка в моды высокого порядка. Кроме того, установленная внутри полости объемного реактивного глушителя решетка пластин НРУ 5 затрудняет распространение в ней азимутальных акустических мод. Воздействую на акустическое поле в проточной части вентилятора 4, решетка пластин, независимо от частоты звука, отражает часть звуковой энергии обратно к источнику звука. Распространяющаяся в канале воздухозаборника наружного контура 2 ТРДД часть акустической энергии попадает на периферии на акустически жесткую стенку 6. Известно, что в сечениях канала, в которых акустические свойства стенок канала изменяются скачком, (учитывая импеданс жесткой стенки 6), происходит частичное отражение акустических волн и частичная трансформация одних акустических мод в другие, а именно, мод низкого порядка в быстро затухающие моды высокого порядка. В зоне действия ЗПК 1 такая трансформация происходит повторно. При наличии участка скачкообразного изменения импеданса в результате трансформации акустических мод большая часть акустической энергии, распространяющейся вдоль воздухозаборного канала, оказывается в виде мод высокого порядка.
Поэтому более эффективной является конфигурация системы шумоглушения, когда между объемным реактивным глушителем (НРУ 5) и поглощающим элементом (ЗПК 1) имеется достаточно продолжительный участок канала (жесткая стенка 6). В этом случае перед взаимодействием с сотовым глушителем (ЗПК 1) формируется структура акустического поля, которая обеспечивает эффективное поглощение звука ЗПК 1.
Предложенное техническое решение обосновывается прямыми экспериментами, которые показали следующее.
В исследованиях акустических характеристик объемно-реагирующих реактивных глушителей шума вентиляторов ТРДД, например, ПРУ в виде щелевой проставки, а также глушителей Гершеля-Квинке, было получено, что акустическая эффективность системы, состоящей из глушителя реактивного типа (например, НРУ) и сотовой ЗПК, не обладает свойством аддитивности. Так, на модели вентилятора было получено, что акустическая эффективность изолированного сотового глушителя на частоте следования составляла величину порядка 6-8 дБ (см. фиг.2), а эффективность изолированного НРУ на той частоте составляла 3-4 дБ. Эффективность же системы при совместном с сотовыми глушителями их использовании в тракте двигателя оказывалась равной около 6 дБ, т.е. принцип аддитивности в данном случае не соблюдался.
Эксперименты показали, что можно повысить величину акустической эффективности системы объемно-реагирующего (решетчатый глушитель или НРУ) и локально-реагирующего глушителей (сотовая ЗПК) путем увеличения осевого расстояния между ними в проточной части до двух хорд лопатки. Получено, что для повышения эффективности системы шумоглушения, состоящей из сотовых ЗПК, устанавливаемых в воздухозаборниках перспективных ТРДД, и объемного реактивного глушителя (НРУ), можно избежать наблюдавшиеся ранее потери эффективности системы шумоглушения, путем оптимизации выбора осевого расстояния между объемным реактивным глушителем и сотовой ЗПК на расстоянии не менее двух хорд лопатки. Так, например, при расстоянии двух хорд между НРУ и сотовой ЗПК на входе вентилятора, на режиме 0,75N эффективность системы шумоглушения составила величину около 10 дБ, что сопоставимо с суммарной величиной снижения шума двумя типами глушителей, работающими изолированно.
Таким образом, выполнение глушителя шума вентилятора ТРДД обеспечивает повышение его акустической эффективности и позволяет уменьшить осевую длину глушителя.