Исследование акустической эффективности ячеек звукопоглощающей конструкции в модельном канале с потоком
Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал @vestnik-sibsau
Рубрика: Технологические процессы и материалы
Статья в выпуске: 3 т.27, 2026 года.
Бесплатный доступ
Статья посвящена проблеме обеспечения акустического комфорта и снижения шума авиационных двигателей, которая является приоритетной задачей современного двигателестроения. Цель работы – численное и экспериментальное исследование акустической эффективности резонаторов Гельмгольца различной геометрической формы (сотовой, цилиндрической, конусообразной и обратной конусообразной) в канале с касательным потоком при различных числах Маха, а также разработка на этой основе новой широкополосной звукопоглощающей конструкции. Методы исследования включают трёхмерное численное моделирование на основе линеаризованных уравнений Навье – Стокса (SST-модель турбулентности) распространения гармонической акустической волны в прямоугольном канале с одиночными резонаторами четырёх типов при различных числах Маха. Осуществлен расчет величины демпфирующего эффекта звукопоглощающей конструкции, состоящей из резонаторов различной формы, установленной на стенке модельного канала прямоугольного сечения. Построены зависимости коэффициента потери акустического давления от частоты, выявлено влияние формы и потока на акустическую эффективность резонаторов. Представлены зависимости максимального коэффициента потери акустического давления и частоты от числа Маха. Выявлены закономерности изменения акустической эффективности резонаторов различной формы в канале с потоком. Определены наиболее акустически эффективные формы резонаторов. Сформулированы рекомендации по разработке новых акустически эффективных звукопоглощающих конструкций, работающих в широком диапазоне частот, для авиационного двигателя. Проведены экспериментальные исследования акустической эффективности разработанной звукопоглощающей конструкции. Экспериментально подтверждена гипотеза о снижении интенсивности акустической волны за счёт взаимодействия взаимно перевёрнутых конусообразных ячеек, при этом увеличение скорости потока несущественно влияет на эффективность предложенной комбинированной конструкции, которая демонстрирует широкополосное поглощение с несколькими пиками. Разработанная комбинированная звукопоглощающая конструкция с конусообразным заполнителем может быть использована при проектировании облицовок воздухозаборников и выходных устройств авиационных двигателей нового поколения, что соответствует требованиям к малошумным силовым установкам. Кроме того, предложенные принципы проектирования актуальны для ракетно-космической техники, где проблемы акустического воздействия выхлопных струй жидкостных ракетных двигателей на стартовые сооружения и элементы космических аппаратов требуют эффективных широкополосных звукопоглощающих решений в условиях высокоскоростных газовых потоков.
Короткий адрес: https://sciup.org/148334411
IDS: 148334411 | УДК: 534.833.5 | DOI: 10.31772/2712-8970-2026-27-3-530-542
Study of the acoustic efficiency of sound-absorbing structure cells in a model flow channel
This article is devoted to the problem of ensuring acoustic comfort and reducing noise in aircraft engines, which is a priority task in modern engine engineering. The aim of the work is a numerical and experimental study of the acoustic efficiency of Helmholtz resonators of various geometric shapes (honeycomb, cylindrical, conical, and inverse cone) in a duct with a tangential flow at different Mach numbers, as well as the development of a new broadband SPC on this basis. The research methods include three-dimensional numerical modeling based on the linearized Navier – Stokes equations (SST turbulence model) of the propagation of a harmonic acoustic wave in a rectangular duct with single resonators of four types at different Mach numbers. The damping effect of a sound-absorbing structure consisting of resonators of various shapes installed on the wall of a model duct with a rectangular cross-section is calculated. The dependences of the acoustic pressure loss coefficient on frequency are plotted, and the influence of the shape and flow on the acoustic efficiency of the resonators is revealed. The dependences of the maximum acoustic pressure loss coefficient and frequency on the Mach number are presented. Patterns of change in the acoustic efficiency of resonators of various shapes in a flow duct are revealed. The most acoustically efficient resonator shapes are determined. Recommendations are formulated for the development of new acoustically efficient sound-absorbing structures operating over a wide frequency range for aircraft engines. Experimental studies of the acoustic efficiency of the developed sound-absorbing structure are conducted. The hypothesis of a decrease in acoustic wave intensity due to the interaction of mutually inverted conical cells is experimentally confirmed. An increase in flow velocity has an insignificant effect on the efficiency of the proposed combined structure, which demonstrates broadband absorption with several peaks. The developed combined sound-absorbing structure with a conical filler can be used in the design of air intake linings and exhaust devices for next-generation aircraft engines, which meets the requirements for low-noise power plants. Furthermore, the proposed design principles are relevant for rocket and space technology, where the problems of the acoustic impact of liquid rocket engine exhaust jets on launch structures and spacecraft components require effective broadband sound-absorbing solutions in conditions of high-speed gas flows.
