Исследование акустических параметров дозвуковой и сверхзвуковой струи методом широкополосного шума

Научно-технический прогресс и развитие летательных аппаратов (ЛА) привели к резкому увеличению количества интенсивных источников шума, воздействующих на человека.

Акустические взаимодействия превратились в одно из наиболее перспективных направлений исследований при решении фундаментальной проблемы газовой динамики, связанной с процессом смешения и излучения звука турбулентными потоками [1].

Дж. Лайтхилла [2, 3] первым разработал акустическую аналогию. Основная идея его работы в том, что турбулентность оказывает большой вклад в генерацию звука, а уравнения Навье-Стокса можно преобразовать в неоднородное волновое уравнение

В большом количестве случаев уровень акустического шума практически нельзя спрогнозировать, и определить их тогда можно только с помощью натурных экспериментов. Но в настоящее время уровень развития вычислительной техники и технологий численного моделирования все же позволяет сократить объем физических экспериментальных исследований, а в тех случаях, когда эксперимент по-прежнему необходим, существенно его дополнить [1].

Основной целью работы является численное исследование шума до- и сверхзвуковой струи методом широкополосного шума.

Прямое численное моделирование шума заключается в разрешении турбулентных структур вплоть до приемника сигнала. Для этого необходимо, чтобы приемник акустического сигнала располагался в пределах расчетной области, поэтому эта методика получила наибольшее распространение в моделировании ближних акустических полей.

Для качественной оценки результатов моделирования источников шума в программном пакете ANSYSFluent предусмотрены полуэмпирические модели источников широкополосного шума под общим названием Broadband noise [4, 5].

Для достижения конечной цели проектирования поставленные задачи были решены следующим путем:

• создана базовая геометрическая модель сопла [6], с расчетной областью, достаточной для анализа;
• построена неструктурированная сетка, а также заданы основные граничные условия и параметры решателя, которые будут использоваться при решении;
• проведен расчет сначала без подключения полуэмпирической модели источников широкополосного шума, а далее с подключением модели Broadband noise в CAE комплексе ANSYSFluent;
• проанализированы значения шума при дозвуковом и сверхзвуковом течении. По результатам расчета максимальное значение шума по оси с дозвуковым течением получилось равным ~110 дБ, а с сверхзвуковым ~128,2 дБ

Результатом всей проведенной работы стали максимальные значения акустического давления дозвуковой и сверхзвуковой газовой струи вдоль оси. Работа показала, что, несмотря на сложность численной реализации акустических процессов при страте, в настоящее время уровень развития вычислительной техники и технологий численного моделирования все же позволяет сократить объем физических экспериментальных исследований.