Введение

Измерение воздушных потоков и звуковых волн является важной задачей для исследовательских команд, работающих в области авиации. В NASA Glenn Research Center используются специальные инструменты, такие как частицевое изображение, горячеволновая анемометрия и фазированные массивы микрофонов, чтобы собирать данные, необходимые для уменьшения шума в авиации.

Система измерения с вращающейся рейкой (RRMS)

Когда вы слышите раздражающий звук от вашего турбовентиляторного двигателя, инженеры могут предложить установить специальный шумоизолирующий материал или активную систему управления шумом. Однако для точного решения проблемы необходимо больше информации о модальном составе звука. Такие данные невозможно получить с помощью стационарного микрофона, поэтому специалисты NASA разработали процедуры с использованием вращающихся микрофонов в 1990-х годах.

Вращающиеся микрофонные рейки применялись исследователями NASA Glenn в различных испытаниях, начиная от низкоскоростных концептуальных тестов в Advanced Noise Control Fan Rig и заканчивая полномасштабными наземными испытаниями турбовентиляторных двигателей.

Фазированные массивы микрофонов

В системе фазированного массива микрофоны располагаются в одномерном, двумерном или трехмерном порядке, и когда звуковые измерения с этих микрофонов обрабатываются должным образом, можно точно определить источники шума.

NASA Glenn использует систему микрофонов Array48, которая широко применялась для локализации источников шума в масштабных моделях реактивных потоков, модели контр-вращающего открытого ротора и даже в полномасштабном военном двигателе F404. Благодаря финансированию NASA был разработан метод, позволяющий определять местоположение источников шума на вращающихся лопастях, используя микрофоны, встроенные в вентиляторный канал двигателя.

Горячеволновая анемометрия, горячие пленки и лазерная доплеровская велосиметрия

Известно, что раздражающие звуки могут возникать из-за периодических возмущений, таких как взаимодействие потока, создаваемого лопастью вентилятора, с последующей статорной лопаткой. Также известно, что широкополосный шум генерируется, когда авиационный двигатель всасывает турбулентный воздух.

Поэтому необходимо записывать детальные измерения скорости воздуха, проходящего через экспериментальный пропульсор, чтобы выявлять источники шума и работать над их уменьшением. Для этого используются специальные инструменты, такие как горячеволновые зонды и лазерные доплеровские велосиметры (LDV), для измерения скорости воздуха до, после и между ротором и статором экспериментального пропульсора. Графики измерений скорости позволяют визуализировать возмущения, созданные ротором. Данные горячеволновой анемометрии и LDV регулярно используются для проверки расчетов, применяемых для оценки шума от турбовентиляторных двигателей.

Заключение

Современные методы измерения звука и воздушных потоков играют ключевую роль в снижении уровня шума в авиации. Исследования, проводимые в NASA Glenn Research Center, помогают не только улучшить технологии, но и сделать полеты более комфортными для пассажиров и окружающей среды.