РЕЗОНАНСНАЯ ЯЧЕЙКА ДЛЯ ГАШЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН
RESONANCE CELL FOR SUPPRESSION OF ACOUSTIC WAVES

Изобретение относится к области авиастроения, а именно к ячейкам (резонаторам) звукопоглощающей конструкции резонансного типа, гасящим звуковые колебания (шум), и предназначено для использования в звукопоглощающих панелях турбореактивного двигателя и в транспортной технике, в том числе при изготовлении проточных трактов современных авиационных двигателей.
Известна ячейка звукопоглощающей конструкции резонансного типа, выполненная в форме усеченных пирамид, описанная в способе изготовления звукопоглощающей конструкции (см. патент RU №2282735 от 27.08.2006).
Недостатком известной ячейки является низкий эффект гашения шума вследствие того, что она не позволяет максимально полно преобразовать потенциальную энергию сжатия воздуха в кинетическую.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является ячейка звукопоглощающей конструкции резонансного типа, содержащая цилиндрическую камеру с входом, выполненным в виде усеченного конуса и соединенным меньшим основанием с камерой (см. автореф. дис. Козубской Т.К. "Разработка моделей и методов повышенной точности для численного исследования задач прикладной аэроакустики", г. Москва, 2010 г., стр. 41). Данное устройство принято за прототип.
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения - камера и вход, выполненный в форме усеченного кругового конуса и соединенный меньшим основанием с камерой.
Недостатком известной ячейки, принятой за прототип, является низкий эффект гашения шума вследствие того, что известная форма не позволяет максимально полно преобразовать потенциальную энергию сжатия воздуха в кинетическую.
Задачей изобретения является повышение эффективности снижения шума, создаваемого газовым или воздушным потоком при прохождении им газовых трактов двигателя транспортного средства.
Технический результат изобретения заключается в повышение коэффициента звукопоглощения.
Поставленная задача была решена за счет того, что в известной резонансной ячейке для гашения акустических волн, содержащей камеру и вход, выполненный в форме усеченного кругового конуса и соединенный меньшим основанием с камерой, согласно изобретению камера выполнена в форме усеченного кругового конуса и меньшие основания камеры и входа соединены цилиндрической горловиной, образующей проход акустических волн в камеру, при этом рабочий объем ячейки равен суммарному объему входа, горловины и камеры ячейки.
Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа - камера выполнена в форме усеченного кругового конуса; меньшие основания камеры и входа соединены цилиндрической горловиной, образующей проход акустических волн в камеру; рабочий объем ячейки равен суммарному объему входа, горловины и камеры ячейки.
Выполнение ячейки биконической формы позволяет минимизировать акустические потери и сделать максимально более полным преобразование потенциальной энергии сжатия воздуха внутри ячейки в кинетическую энергию движения воздуха в биконической горловине ячейки и в создании акустического экрана в поперечном сечении канала, что препятствует распространению основной волны по каналу. Благодаря этому достигается заявленный технический результат: повышение коэффициента звукопоглощения.
Заявителю неизвестно использование в науке и технике отличительных признаков резонансной ячейки с получением указанного технического результата.
На чертеже изображен общий вид ячейки.
Резонансная ячейка для гашения акустических волн содержит камеру 1 с входом 2. Вход 2 выполнен в форме усеченного кругового конуса, обращенного меньшим основанием к камере 1, а большим основанием выходит в проточный тракт. Камера 1 ячейки выполнена в форме усеченного кругового конуса, обращенного меньшим основанием к входу 2. Меньшие основания камеры 1 и входа 2 соединены цилиндрической горловиной 3, образующей проход акустических волн в камеру 1. Рабочий объем ячейки 4 равен суммарному объему входа 2, горловины 3 и камеры 1 ячейки. Эффективные размеры резонансной ячейки: высоты и диаметры входа, горловины и камеры определяются в зависимости от рабочего диапазона частот шума двигателя.
Принцип действия разработанной биконической ячейки (резонатора) Гельмгольца состоит в сжатии внутреннего объема воздуха, заключенного в ячейке, давлением основной звуковой волны через вход 2 в ячейке и преобразовании потенциальной энергии сжатия в кинетическую энергию воздуха в биконической горловине 3 ячейки в поперечном каналу направлении в резонансе с колебаниями частиц воздуха основной звуковой волны в канале. Биконическая форма позволяет минимизировать акустические потери и сделать максимально более полным преобразование потенциальной энергии сжатия воздуха внутри ячейки в кинетическую энергию движения воздуха в биконической горловине 3 ячейки и в создании акустического экрана в поперечном сечении канала, что препятствует распространению основной волны по каналу. Тем самым принцип действия предложенной биконической ячейки Гельмгольца кардинально отличается от принципа действия звукопоглощающих ячеек Гельмгольца, когда стремятся максимизировать акустические потери внутри ячейки: часть акустической энергии звуковой волны тратится на сжатие внутреннего объема воздуха и трение в «горлышке» резонатора, а часть кинетической энергии поглощается пористым звукопоглощающим материалом, размещенным внутри корпуса устройства.
Таким образом, предложена уникальная биконическая форма ячейки, которая значительно увеличивает мощность преобразования акустической энергии из основной волны в излучение поперечного каналу направления, что создает в канале монохроматический «акустический барьер» для распространения основной, в общем, широкополосной акустической волны; «акустический барьер» приводит к сильному отражающему эффекту и значительному гашению - снижению коэффициента прохождения основной акустической волны вдоль канала на резонансной частоте ячейки.