|
уровней, обеспечивающих нормальную жизнедеятельность людей, а также
работоспособность систем и оборудования и выносливость конструкции аппарата.
Потребность в увеличении грузоподъёмности летательных аппаратов и скорости их
полёта привела к увеличению тяги силовых установок, в результате чего резко
возросла звуковая мощность, создаваемая аппаратами. Увеличение интенсивности
эксплуатации самолётов гражданской авиации (увеличение числа взлётов и посадок
в аэропортах) привело к тому, что в зонах размещения аэропортов жители
оказались под неблагоприятным воздействием высоких уровней шума. Шум в салонах
и кабинах летательных аппаратов создаёт значительные неудобства для пассажиров
самолётов и вертолётов, вызывая их утомляемость, снижает работоспособность
экипажей. Борьба с шумом в авиации стала частью общей программы борьбы
человечества за чистоту окружающей среды. Интенсивные акустические нагрузки на
летательный аппарат являются причиной повреждений элементов их конструкции и
выхода из строя оборудования. Поэтому акустические характеристики в ряде
случаев определяют параметры и схему летательного аппарата, параметры и тип его
силовой установки.
Решение задач А. а. осуществляется путём комплексного выполнения ряда
мероприятий с учётом технических возможностей и экономических затрат. Основное
внимание уделяется снижению шума в источнике, выбору рациональной с точки
зрения акустики компоновки аппарата, применению методов снижения шума по пути
его распространения. На рисунке в качестве примера показана взаимосвязь между
летно-техническими характеристиками самолёта с заданными дальностью и полезной
нагрузкой и шумом, создаваемым самолётом на местности (уровни шумов приведены в
единицах EPN дБ — субъективная оценка авиационного шума на местности). Большую
роль в снижении шума в районе аэропортов играет рациональная организация
воздушного движения, выбор мало шумных траекторий взлёта и посадки летательных
аппаратов.
Основными шума источниками летательного аппарата являются аэрогазодинамические
потоки в силовой установке (см. Шум двигателя), воздушный поток, обтекающий
аппарат, и газовые потоки бортовых систем оборудования. Т. о., аэроакустика в
основном имеет дело со звуком, создаваемым аэродинамическими силами и
возмущениями, которые возникают в самом потоке. Поскольку образование
аэродинамического шума является следствием перехода энергии от вихревых
возмущений к акустическим колебаниям, то успешное решение задач аэроакустики во
многом связано с достижениями аэродинамики нестационарных течений, и в
особенности турбулентных потоков.
Впервые теоретические вопросы генерации звука при движении потоков жидкости
были рассмотрены в классической работе Дж. У. Рэлея «Теория звука» (1877).
Практическое применение аэроакустика получила позднее, после выхода работ
учёных: Л. Я. Гутина о шуме вращения винта (1936), Е. Я. Юдина о вихревом шуме
стержней (1944), Д. И. Блохинцева по акустике движущейся среды (1946) и М. Д.
Лайтхилла о шуме турбулентных струй (1952—1954). В дальнейшем появилось много
работ, развивающих идеи этих учёных, которые позволили значительно продвинуть
знания в области аэроакустики.
Уравнение Блохинцева, которое описывает распространение звука в неоднородном
стационарном потоке, явилось отправным пунктом при рассмотрении генерации звука
потоком. В 1975 английским учёным М. Хоу был получен неоднородный аналог этого
уравнения, в котором правая часть указывает, что генератором звука в потоке
служат вихри и неоднородности энтропии. Обобщённое уравнение Блохинцева (иногда
его называют уравнением Блохинцева — Хоу) позволяет с общих позиций подойти к
решению задач аэроакустики, учесть не только источники и распространение звука
в движущейся среде, но и взаимодействие звука с неоднородным потоком, что
совсем не учитывалось в предшествовавших теориях. Из этого уравнения при малых
Маха числах как частный случай получаются известные уравнения теории Лайтхилла
для шума турбулентного потока.
Структурная акустика в основном изучает звук, генерируемый колеблющимися
конструкциями летательного аппарата, силовой установкой, турбулентным
пограничным слоем, образующимся на поверхности аппарата в полёте, и бортовыми
системами. Силовая установка вызывает колебания конструкции либо
непосредственно звуковыми волнами, распространяющимися через окружающую среду,
либо упругими волнами, обусловленными механическими колебаниями самой установки
и распространяющимися по конструкции. Колебания конструкции, находящейся под
действием турбулентного пограничного слоя, обусловлены пульсациями давления,
возникающими на поверхности аппарата. Агрегаты систем и оборудования также
вызывают вибрации элементов конструкции летательного аппарата и непосредственно
сами создают шум.
Многообразие источников авиационного шума и путей передачи его в летательный
аппарат вызвало интенсивное развитие исследований распространения звуковых волн
в слоистых диссипативных средах и упругих волн в конструкциях, излучения звука
конструкциями и акустических полей в кабинах и отсеках аппарата. Первые
исследования представляют собой развитие традиционных тематических направлений
классической акустики, а последние два сформировались в структурной акустике
летательного аппарата. Теоретические исследования по этим направлениям
базируются на анализе известных уравнений динамики упругих систем (пластин,
оболочек, стержней и др.) и волнового уравнения для сред с различными
параметрами. Для большого числа задач структурной акустики при известных
параметрах конструкции и материалов может быть составлена замкнутая система
уравнений, описывающих распространение волн и излучение звука. Точное решение
этих задач можно получить только для идеальных ситуаций, поэтому в структурной
акустике летательного аппарата существенную роль играют эксперимент и
|
|