Методы снижения шума и заметности беспилотных летательных аппаратов с винтомоторной силовой установкой

Авиационная и ракетно-космическая техника

Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов


Авторы

Мошков П. А. 1*, Самохин В. Ф. 2**

1. «Региональные самолеты» - филиал Корпорации «Иркут», ул. Ленинская Слобода, 26, с. 5, Москва, 115280, Россия
2. Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского, ЦАГИ, ул. Жуковского, 1, Жуковский, Московская область, 140180, Россия

*e-mail: moshkov89@bk.ru
**e-mail: samohin_vf@mail.ru

Аннотация

Рассмотрены основные методы снижения шума винтомоторных силовых установок беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) самолетного типа, включающих в себя одиночные воздушные винты различной конструкции и компоновки и поршневые двигатели. На основании полуэмпирической модели предложены выражения для оценки влияния диаметра и числа лопастей на тональные составляющие шума воздушного винта при условии постоянства тяги. Акустические испытания, выполненные на аэродроме Московского авиационного института, в целом качественно подтвердили полученные соотношения. В качестве примера обеспечения снижения шума и заметности выполнена расчетно-экспериментальная оценка влияния диаметра воздушного винта на границы заметности малоразмерного БПЛА. Сформулированы пути дальнейших исследований для решения задачи создания малошумных силовых установок для этих летательных аппаратов.

Ключевые слова

акустическая заметность, слышимость летательных аппаратов, обнаруживаемость, беспилотный летательный аппарат, шум воздушного винта, шум поршневого двигателя, винтомоторная силовая установка, методы снижения шума, акустическая локация

Библиографический список

  1. Barry F.W., Magliozzi B. Noise detectability prediction method for low tip speed propellers // Air Force Aero Propulsion Laboratory (AFAPL). Wright-Patterson AFB. Ohio. Technical Report AFAPL-TR-71-31, June 1971. 192 p.

  2. Джанакирам Д.С., Скраггс Б.В. Характеристики обнаруживаемости и шума маломасштабных воздушных винтов беспилотных летательных аппаратов // Аэрокосмическая техника. 1983. Т. 1. № 10. С. 108-117.

  3. Мошков П.А., Самохин В.Ф. Экспериментальное определение роли поршневого двигателя в суммарном шуме силовой установки легкого винтового самолета // Вестник Московского авиационного института. 2016. Т. 23. № 2. С. 50-61.

  4. Мошков П.А., Самохин В.Ф. Оценка влияния диаметра воздушного винта на акустические характеристики силовой установки легкого самолета // Вестник СибГАУ. 2016. Т. 17. № 1. С. 154-160.

  5. Мошков П.А., Самохин В.Ф. Оценка влияния числа лопастей и диаметра на шум воздушного винта // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2016. Т. 15. № 3. С. 25-34.

  6. Мошков П.А. Прогнозирование и снижение шума на местности легких винтовых самолетов: Дис. ... канд. техн. наук. – М.: МАИ (НИУ), 2015. – 143 с.

  7. Мошков П.А. Классификация источников шума легких винтовых самолетов на местности // Научно-технический вестник Поволжья. 2015. № 4. С. 101-106.

  8. Самохин В.Ф., Мошков П.А. Акустические характеристики легкого винтового самолета с двигателем внутреннего сгорания // Труды МАИ. 2012. № 57. URL: http://www.mai.ru/science/trudy/published.php?ID=30715 (дата публикации 30.06.2012).

  9. Мошков П.А. Некоторые результаты экспериментального исследования акустических характеристик силовой установки сверхлегкого самолета в статических условиях // Научно-технический вестник Поволжья. 2014. № 6. С. 265-270.

  10. Самохин В.Ф., Мошков П.А. Экспериментальное исследование акустических характеристик силовой установки самолета «Ан-2» в статических условиях // Труды МАИ. 2015. № 82. URL: http://www.mai.ru/science/trudy/published.php?ID=58711 (дата публикации 26.06.2015).

  11. Самохин В.Ф., Мошков П.А. Исследование акустических характеристик легкого винтового самолета «Вильга-35А» на режимах горизонтального полета // Вестник Московского авиационного института. 2014. Т. 21. № 2. С. 55-65.

  12. Мошков П.А., Самохин В.Ф. Исследование влияния зазора между толкающим воздушным винтом и крылом на уровень шума легкого самолета на местности // Ученые записки ЦАГИ. 2016. Т. 47. № 6. С. 55-60.

  13. Самохин В.Ф., Остроухов С.П., Мошков П.А. Экспериментальное исследование источников шумности беспилотного летательного аппарата с винтокольцевым движителем в толкающей компоновке // Труды МАИ. 2013. № 70. URL: http://www.mai.ru/science/trudy/published.php?ID=44459 (дата публикации 25.11.2013).

  14. Мошков П.А., Яковлев А.А. Экспериментальное исследование влияния капотирования двигателя на акустические характеристики авиационной поршневой силовой установки // Научно-технический вестник Поволжья. 2014. № 6. С. 271-274.

  15. Hubbard H.H. Aeroacoustics of flight vehicles: Theory and Practice: Noise sources // NASA References Publication 1258. 1991. Vol.1. WRDC. Technical report 90-3052. 606 p.

  16. Hanson D.B. Influence of propeller design parameters on far field harmonic noise in forward flight // AIAA Journal. 1980. Vol. 18. No. 2, pp. 1313-1319.

  17. Prediction procedure for near-field and far-field propeller noise. AIR 1407. Society of Automotive Engineers. 1977. 21 p.

  18. Ianniello S., Mascio A. D., Salvatore F., Sollo A., Aversano M., Gennaretti M. Evaluation of Noise Excess for Pushing Propeller Aircraft by CFD Aeroacoustic Calculation // 10th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference. 2004. AIAA Paper. No. 2004-3006. 17 p.

  19. Soderman P.T., Clifton Horne W. Acoustic and aerodynamic study of a Pusher-Propeller aircraft model // NASA Technical Paper. 1990. No. 3040. 68 p.

  20. Block P.J.W., Gentry Garl L. Directivity and trends of noise generated by a propeller in a wake. Washington, D.C.: National Aeronautics and Space Administration, Scientific and Technical Information Branch, NASA Technical Paper, 1986, no. 2609, 62 p.

  21. Шатров М.Г., Яковенко А.Л., Кричевская Т.Ю. Шум автомобильных двигателей внутреннего сгорания: Учебное пособие. – М.: МАДИ, 2014. – 68 с.

  22. Шатров М.Г., Яковенко А.Л. Исследование виброакустических характеристик ДВС при изменении его конструктивных параметров // Вестник АГТУ. 2008. № 5(46). С. 98-103.

  23. Тупов В.В. Структурный шум ДВС с воздушной системой охлаждения и методы его снижения // Безопасность в техносфере. 2012. № 6. С. 63-69.

  24. Зленко Н.А., Кедров А.В., Кишалов А.Н. Оптимальное аэроакустическое проектирование воздушного винта // Ученые записки ЦАГИ. 2011. Т. XLII. № 6. С. 92-103.

  25. Кедров А.В., Кишалов А.Н. К постановке задачи аэроакустического проектирования винта // Труды ЦАГИ. 1989. Вып. 2508. С. 46-54.

  26. Gur O., Rosen A. Optimization of propeller based propulsion system // Journal of Aircraft. 2009. Vol. 46. No. 1. pp. 95-106.

  27. Gur O., Rosen A. Optimizing electric propulsion systems for unmanned aerial vehicles // Journal of Aircraft. 2009. Vol. 46. No. 1, pp. 1340-1353.

  28. Pagano A., Frederico L., Barbarino M., Aversano M. Multi-objective aeroacoustic optimization of an aircraft propeller // 12th AIAA/ISSMO Multidisciplinary Analysis and Optimization Conference. No. AIAA Paper 2008-6059. Victoria. Canada. 10-12 September 2008. URL: http://dx.doi.org/10.2514/6.2008-6059 (дата обращения 31.10.2016).

  29. Pagano A., Barbarino M., Casalino D., Frederico L. Tonal and broadband noise calculations for aeroacoustic optimization of propeller blades in a pusher configuration // 15th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference, No. AIAA Paper 2009-3138. Miami. USA. 11-13 May 2009. 18 p.

  30. Lefebvre T., Canard S., Le Tallec C., Beaumier P., David F. ANIBAL: A new aero-acoustic optimized propeller for light aircraft applications // 27th Congress of ICAS. Nice. France. 19 24 September 2010. 18 p.

  31. Самохин В.Ф. Об одном подходе к расчету дальнего акустического поля воздушного винта // Труды ЦАГИ. 1988. Вып. 2355. С. 65-75.

  32. Самохин В.Ф. Полуэмпирический метод прогноза шума воздушного винта // Инженерно-физический журнал. 2012. Т. 85. № 5. С. 1064-1072.

  33. Липин А.В., Остроухов С.П., Серохвостов С.В., Устинов М.В., Флаксман Я.Ш., Шустов А.В. Экспериментальное исследование зависимости характеристик воздушного винта от числа Рейнольдса // Ученые записки ЦАГИ. 2007. Т. XXXVIII. № 3-4. С. 102-110.

  34. Остроухов С.П. Аэродинамика воздушных винтов и винтокольцевых движителей. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2014. – 328 с.

  35. Гутин Л.Я. О звуковом поле вращающегося винта // Журнал технической физики. 1936. Т. 6. № 5. С. 899-909.

  36. Гутин Л.Я. О звуке вращения воздушного винта // Журнал технической физики. 1942. Т. 12. № 2-3. С.76-85.

  37. Мунин А.Г., Квитка В.Е. Авиационная акустика. – М.: Машиностроение, 1973. – 448 с.

  38. Кажан В.Г., Мошков П.А., Самохин В.Ф. Природный фон при проведении акустических испытаний самолетов на аэродроме базирования малой авиации // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2015. № 7. URL: http://technomag.bmstu.ru/doc/782827.html (дата обращения 25.07.2015).

  39. Егоров С.В., Панкратов И.В., Самохин В.Ф., Шпаковский А.А. О влиянии формы концевой части лопасти на шум несущего винта вертолета // Материалы XXIV научно-технической конференции по аэродинамике: Сборник тезисов докладов. – М.: ЦАГИ. 2013. С. 191.

  40. Ricouard J., Julliard E., Omais M., Regnier V., Baralon S., Parry A.B. Installation effects on contra-rotating open rotor noise // 16th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference. Stockholm. Sweden. 2010. AIAA Paper. No. 2010-3795. 8 p.

  41. Veldhuis L.L.M., Sinnige T. The effect of pylon trailing edge blowing on the performance and noise production of a propeller // 29th Congress of International Council of the Aeronautical Sciences. St. Petersburg. Russia. 2014. 15 p.

  42. Sinnige T., Lynch K.P., Ragni D., Eitelberg G., Veldhuis L.L.M. Aerodynamic and aeroacoustics effect of pylon trailing edge blowing on pusher propeller installation // 21st AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference. Dallas. USA. 2015. AIAA Paper. No. 2015-2356. 12 p.

  43. Дмитриев В.Г., Самохин В.Ф. Комплекс алгоритмов и программ для расчета шума самолетов на местности // Ученые записки ЦАГИ. 2014. Т. XLV. № 2. С. 137-157.

  44. Arntzen M., Rizzi S.A., Visser H.G., Simons D.G. Framework for simulating aircraft flyover noise through nonstandard atmospheres // Journal of Aircraft. 2014. Vol. 51. No. 3, pp. 956-966.

  45. Остриков Н.Н., Денисов С.Л., Медведский А.Л. Экспериментальное изучение эффекта экранирования авиационных источников шума на маломасштабных моделях // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. 2016. № 2 (45). С. 152-174.

  46. Ostrikov N.N, Denisov S.L. Airframe shielding of noncompact aviation noise sources: theory and experiment // 21st AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference. 2015. American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA). Paper No. 2015-2136. URL: http://dx.doi.org/10.2514/6.2015-2691 (дата обращения 31.10.2015).

  47. Ostrikov N.N, Denisov S.N. Mean flow effect on shielding of noncompact aviation noise sources // 22nd AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference. 2016. American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA). Paper No. 2016-3014. URL: http://dx.doi.org/10.2514/6.2016-3014 (дата обращения 31.10.2015).

  48. Oleson R.D., Patrick H. Small aircraft propeller noise with ducted propeller // 4th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference. 1998. AIAA Paper. No. 98-2284, pp. 464-472.

  49. Абалакин И.В., Бахвалов П.А., Бобков В.Г., Козубская Т.К., Аникин В.А. Численное моделирование аэродинамических и акустических характеристик винта в кольце // Математическое моделирование. 2015. Т. 27. № 10. С. 125-144.

  50. Абалакин И.В., Аникин В.А., Бахвалов П.А., Бобков В.Г., Козубская Т.К. Численное исследование аэродинамических и акустических свойств винта в кольце // Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2016. № 3. С. 130-145.

  51. Delfs J.W. Simulation of aircraft installation noise a key to low noise aircraft design // Computational experiment in aeroacoustics. CEAA 2016. Svetlogorsk, Kaliningrad region, Russia, September 21-24, 2016: Book of abstracts. Moscow. Keldysh Institute. 2016, pp. 7-11.

  52. Мошков П.А. Эмпирический метод прогноза шума авиационных поршневых двигателей // Вестник СГАУ. 2016. Т.15. № 2. С. 152-161.

  53. Мошков П.А., Самохин В.Ф. Интегральная модель шума силовой установки легкого винтового самолета // Вестник Московского авиационного института. 2016. Т. 23. № 4. С. 26-34.

  54. Анимица В.А., Борисов Е.А., Крицкий Б.С., Миргазов Р.М. Расчетные исследования виброперегрузок несущего винта, вызванных пульсацией силы тяги, на базе вихревой теории // Труды МАИ. 2016. № 87. URL: http://www.mai.ru/science/trudy/published.php?ID=69626 (дата обращения 10.08.2016).

  55. Денисов С.Л., Медведский А.Л. Отклик ортотропных пластин на широкополосное акустическое воздействие при различных видах взаимной спектральной плотности действующей нагрузки // Механика композиционных материалов и конструкций. 2012. Т. 18. № 4. С. 527-543.

  56. Денисов С.Л., Медведский А.Л., Паранин Г.В. Изучение долговечности изотропных пластин при широкополосном акустическом нагружении с различными видами функции взаимной спектральной плотности // Ученые записки ЦАГИ. 2014. Т. XLV. № 2. С. 118-136.

  57. Разбегаева И.А. Расчет и оценка частотных характеристик обшивки фюзеляжа. Защита от шума // Труды МАИ. 2011. № 45. URL: http://www.mai.ru/science/trudy/published.php?ID=25552 (дата обращения 10.08.2016).

  58. Бакланов В.С. Анализ виброакустических процессов в турбореактивном двигателе и других агрегатах силовой установки по результатам исследований частотных характеристик системы «двигатель крепление планер» // Ученые записки ЦАГИ. 2010. Т. XLI. № 1. С. 78-85.

  59. Бакланов В.С. Роль структурного шума в гермокабине самолета от вибрационного воздействия двигателей нового поколения // Акустический журнал. 2016. Т. 62. № 4. С. 451-456.

  60. Бакланов В.С. Виброакустика самолетов нового поколения с двигателями большой и сверхбольшой двухконтурности // Математическое моделирование. 2007. Т. 19. № 7. С. 27-38.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2020