Снижение шума реактивных двигателей является одной из серьезных проблем современной авиации. Шум, оказывая вредное влияние на человеческий организм, ухудшает также усталостные характеристики деталей конструкции авиационной техники. Необходимость уменьшения шума особенно остро проявляется в случае применения реактивных двигателей на пассажирских самолетах. Учитывая тенденцию роста скоростей пассажирских самолетов и возможность появления сверхзвуковых в будущем, можно утверждать, что проблема уменьшения аэродинамического шума авиационных ГТД будет становиться более острой. Шум авиационных ГТД складывается из шумов внутренних агрегатов и узлов (компрессора, турбины, камеры сгорания и др.) и шума выхлопной струи из сопла ГТД. На основании экспериментальных данных установлено, что наибольший шум возникает от выхлопной струи из сопла ГТД. Этот аэродинамический шум создается вследствие турбулентного смешения выхлопной струи с окружающим воздухом. Поэтому на протяжении последних 10-15 лет, как у нас, так и за рубежом ведутся фундаментальные исследования по изучению природы аэродинамического шума струи и созданию эффективных систем шумоглушения устанавливаемых на двигателях летательных аппаратов. Но надо разрабатывать эффективные системы и устройства для глушения шума, не уменьшая и не снижая характеристик двигателя (как потеря тяги, излишний вес). Падение тяги двигателя при замене обычного сопла шумоглушителем происходит из-за увеличения внутреннего сопротивления каналов шумоглушителя движению выходной струи и др. Учитывая все эти особенности необходимо начинать на стадии проектирования разрабатывать системы шумоглушения. Много работ получили распространение по теме метода раздробленных струй двигателя на многоструйные течения.
В настоящей работе приведена система, и устройство для глушения аэродинамического шума выхлопной струи авиационного двигателя. Струя имеет три источника шума с различным механизмом действия: а) Турбулентные пульсации в области смешения потоков; б) Колеблющиеся скачки уплотнения в струе; в) Взаимодействие между скачками уплотнения и турбулентными пульсациями. На малых скоростях возникают турбулентные пульсации, а скачки уплотнения и их взаимодействие отсутствуют, так как они проявляются на больших скоростях. Тем самым необходимо уменьшение шума в окрестностях аэропортов создаваемого турбулентностью в струе. Большой вклад в теорию шума создаваемого турбулентными пульсациями были сделаны многими учеными, но основой является теория Лайтхилла (Великобритания), доказавшим, что движущееся турбулентное поле может рассматриваться как фиксированное поле квадроуполей.
Результаты испытания сопел: На ранних исследованиях указывалось, что для уменьшения шума очень важно уменьшить скорость истечения струи из сопла двигателя, но это ошибочно. Единственно возможное реальное направление борьбы с шумами заключалось в изменение формы сопла. Но это тоже вносит отрицательные изменения так как изменяются характеристики двигателя. Уменьшается КПД двигателя, увеличение веса и.т.д. Еще один из методов уменьшения шума это изменение частоты шума при изменении формы струи. Механизм заключается в повышении на 2-3 октавы всего диапазона частот за счет полного изменения формы сопла. Высокочастотный шум неприятен, но затухание его в атмосфере происходит быстрее и действие на человека происходит просто и легко. Можно отметить, что высокочастотная составляющая немного изменяется при изменении формы сопла. Сравним интенсивность шума круглой струи и тонкой кольцевой с одинаковым поперечным сечением. Длина звуковой волны определяется шириной области смешения в любой части струи и величины средней скорости в этой области. Высокочастотный шум образуется на 2D на кромке струи, а низкочастотный шум в области крупномасштабной турбулентности на 6 – 8D струи. А при щелевом сопле НЧ на 0,5D щели и ВЧ на 2D сопле. То есть измерение шума на границах струи показывают, что интенсивность НЧ шумов щелевых сопел заметно уменьшается, а ВЧ поглощаются быстрее из-за вязкости воздуха и с щелями к дополнительному уменьшению шума. Поэтому ставится задача снижения уровня аэродинамического шума в широком диапазоне изменения режимных параметров двигателя, а также повышение стабильности характеристик двигателя.
Поставленная задача решается тем, что разработанный способ глушения шума реактивной струи двигателя включающем выдув в реактивную струю дополнительного газа. Эту струю выдувают по периферии и параллельно истекающей реактивной струе. При изменении режимов работы двигателя регулируют скорость истечения дополнительной струи, которую необходимо поддерживать с определенной скоростью. В наших исследованиях поддерживают ее больше скорости набегающего потока и меньше скорости истечения реактивной струи двигателя.
