Губанов

АКУСТИЧЕСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ СВЕРХЗВУКОВЫХ СТРУЙ
Губанов Д.А.
Институт теоретической и прикладной механики
им. С.А. Христиановича СО РАН, 630090, г. Новосибирск
Сверхзвуковые струи – источник интенсивного акустического излучения. Проблема смешения и поиска способов уменьшения уровня
акустического шума в сверхзвуковых струях является актуальной в
настоящее время. Это вызвано современными требованиями к уменьшению шума газотурбинных установок, авиационных двигателей, снижению заметности самолета, повышению эффективности газовых эжекторов путем интенсификации процессов смешения потока струи с газом
окружающей её среды.
Рис. 1. Мгновенная шлирен-визуализация течения сверхзвуковой неизобарической струи на которой видны, излучаемые струей, волны Маха
Уровень звукового давления определяется геометрическими и газодинамическими параметрами струи. Акустическое излучение струи
генерируется многочисленными турбулентными вихрями различного
масштаба в слое смешения струи. Взаимодействие вихрей с ударноволновой структурой струи приводит к дополнительному механизму
излучения акустического шума. Так акустический шум сверхзвуковых
струй по своей природе разделяют на шум смешения, широкополосный
ударно-волновой шум и дискретный тон (рис. 2).
1
Рис. 2. Типичный шум сверхзвуковой струи в дальнем акустическом поле [8]
Диаграммы направленности акустического излучения сверхзвуковой струи не является круговой из-за эффекта протяженности источников, их конвекции и рефракции (рис.3). Также компоненты шума сверхзвуковой струи имеют зависимость от угла наблюдения с наличием преобладаемого направления излучения.
а
б
в
Рис. 3. Диаграмма направленности турбулентной струи с учетом различных эффектов: а – с учет протяженности струи, б – а + учет конфекции источников, в – б + учет преломления звука
Известные способы управления шумом включают в себя экранирование струи газовым экраном [1], применение секторных сопел, многотрубчатых насадков, использование периодических электрических
разрядов, впрыск жидкости в поток основной струи, а также методы,
2
использующие генерацию продольных вихрей при помощи дольчатых
смесителей [2], эжекторных сопел, табов, шевронов [3], вдува микроструй [4, 5, 6]. Основной эффект от использования вихрегенераторов
связан с образованием продольных вихрей, влияющих на структуру течения в слое смешения струи. Определяющая роль в развитии слоя
смешения связывается с продольными вихрями [7].
Также в работе приведены результаты экспериментального исследования влияния вихрегенераторов [9,10] (шевронный насадок и вдув 6
микроструй) на суммарный уровень и диаграмму направленности (рис.
4) акустического излучения высокоскоростных струи Ma=1 Npr=5, проведенного на Вертикальной струйной установке ИТПМ СО РАН совместно с Запрягаевым В.И. и Киселевым Н.П..
Рис. 4. Карта зависимости разницы в амплитуде спектра шума струи Ma=1
Npr=5 c вдувом шести микроструй и невозмущенной струи от угла наблюдения
(а), характерные спектры шума струи Ma=1 Npr=5 с вдувом 6 микроструй Maj=1
Nprj=4 (б)
ЛИТЕРАТУРА
1. Мунин А.Г., Самохин В.Ф., Шипов Р.А. и др. Авиационная акустика, ч.1. Шум на
местности дозвуковых пассажирских самолетов и вертолетов / М.: Машиностроение,
1986 г.
2. James Bridges, Mark P. Wernet Cross-Stream PIV Measurements of Jets With Internal
Lobed Mixers // NASA/TM—2004-213106. 2004.
3. Sayed N., Mikkelsen K., Bridges J. Acoustics and thrust of quiet separate-flow highbypass-ratio nozzles // AIAA J. 2003. V. 41, N 3, P. 372-378.
4. Mehmet B.Alkislar, A. Krothapalli, W.G. Butler The effect of streamwise vortices on the
aeroacoustics of a Mach 0.9 jet // J. Fluid Mech. 2007, V. 578. P. 139-169.
3
5. Khritov K. M., Kozlov V. Ye., Krasheninnikov S. Yu, et al. On the prediction of turbulent
jet noise using traditional aeroacoustic methods // J. Aeroacoustic. 2005. V. 4, N 3/4. P. 289324.
6. F.S. Alvi, C. Shih, R. Elavarasan, G. Garg and A. Krothapalli Control of Supersonic
Impinging Jet Flows Using Supersonic Microjets // AIAA J. 2003. V. 41, N. 7. P. 1347-1355.
7. Liepman D., Gharib M. "The role of streamwise vorticity in the near-field entraiment of
round jets" // J. Fluid Mech. 1992. V. 245. P. 643-668.
8. JM Seiner Advances in high speed jet aeroacoustics // AIAA Paper. — 1984. — 2275.
9. Губанов Д.А., Киселев Н.П., Запрягаев В.И., Экспериментальное исследование влияния вихрегенераторов и подвода жидкости на шум высокоскоростных струй // Ученые
записки ЦАГИ, том XLIII №4, 2012. - стр.57-68.
10. Запрягаев В.И., Губанов Д.А., Киселев Н.П., Структура течения сверхзвуковой
недорасширенной струи с вдувом микроструй // Журнал «Вестник НГУ. Серия:
Физика. 2013. Том. 8., выпуск 1, с. 44-55.
4