Расчетно-экспериментальные исследования акустики и акустической прочности летательных аппаратов: обзор

Необходимость совершенствования авиационной техники ставит перед инженерами сложные задачи, в решении которых все большее значение имеет математическое моделирование, расширяющее возможности проектирования летательных аппаратов. Шум оказывает негативное влияние на здоровье человека, поэтому одно из перспективных направлений модернизации авиационных конструкций связано со снижением его уровня в салоне летательного аппарата. Помимо того, что шум вызывает дискомфорт и оказывает пагубное влияние на организм, акустические нагрузки могут способствовать образованию усталостных трещин в конструкции планера, что недопустимо. Описаны основные подходы к изучению акустики и акустической прочности как экспериментальным путем, так и с использованием математического моделирования. Дан обзор методов снижения шума в салоне. Выявлены перспективные направления исследований. Анализ литературы показал актуальность использования численных расчетов в процессе проектирования и разработки расчетно-экспериментальных методов, позволяющих сократить количество натурных испытаний.
EDN: GOXWDA, https://elibrary/goxwda

Литература

[1] Castelo Branco N.A.A., Alves-Pereira M. Vibroacoustic disease — current concept. Proc. 11th Int. Congress on Sound and Vibration. Sankt-Petersburg, 2004, pp. 1775–1782.

[2] Голубев А.Ю. Экспериментальная оценка волновых спектров пристенных пульсаций давления турбулентного пограничного слоя в субконвективной области. Акустический журнал, 2012, т. 58, № 4, с. 434–442.

[3] Ефимцов Б.М., Лазарев Л.А. Комплекс аналитических моделей для прогноза шума в салоне самолета. Акустический журнал, 2012, т. 58, № 4, с. 443–449.

[4] Ефимцов Б.М., Лазарев Л.А. Расчет колебаний шпангоутов в подкрепленной оболочке, моделирующей фюзеляж самолета. Акустический журнал, 2014, т. 60, № 5, с. 518–525, doi: https://doi.org/10.7868/S0320791914040042

[5] Шустров Ю.М., ред. Проектирование авиационных систем кондиционирования воздуха. Москва, Машиностроение, 2006. 382 с.

[6] Бакланов В.С. Роль структурного шума в гермокабине самолета от вибрационного воздействия двигателей нового поколения. Акустический журнал, 2016, т. 62, № 4, с. 451–456, doi: https://doi.org/10.7868/S0320791916040043

[7] Мунин А.Г., ред. Авиационная акустика. Т. 2. Шум в салонах пассажирских самолетов. Москва, Машиностроение, 1986. 258 с.

[8] Deaconu M., Cican G., Toma A-C. et al. Helicopter inside cabin acoustic evaluation: a case study — IAR PUMA 330. Int. J. Environ. Res. Public Health, 2021, vol. 18, no. 18, art. 9716. doi: https://doi.org/10.3390/ijerph18189716

[9] Голубев А.Ю., Потокин Г.А. Определение акустических нагрузок на элементы механизации МС-21 в условиях наземных гонок. Тез. док. шестой открытой всерос. конф. по аэроакустике. Москва, ЦАГИ, 2019, с. 232–233.

[10] Бакланов В.С. Виброакустика самолетов с двигателями нового поколения (проблемы и решения). Ученые записки физического факультета московского университета, 2017, № 5, ст. 1741401. URL: http://uzmu.phys.msu.ru/file/2017/5/1751401.pdf

[11] Барышева Д.В., Гордон С.В., Ким Н.В. и др. Разработка расчетно-экспериментального подхода к анализу долговечности авиационных конструкций, подверженных воздействию повышенных акустических нагрузок. Сборник тезисов всероссийского аэроакустического форума. Геленджик, 2021, с. 217–219.

[12] Дубинский С.В., Севастьянов Ф.С., Костенко В.М. и др. Исследование влияния ударных повреждений на усталостные характеристики композитного соединения «обшивка–стрингер» в условиях виброакустического нагружения. Акустический журнал, 2023, т. 69, № 2, с. 261–269, doi: https://doi.org/10.31857/S0320791922600512

[13] Мошков П.А. Проблемы проектирования гражданских самолетов с учетом требований по шуму в салоне. Вестник МАИ, 2019, т. 26, № 4, с. 28–41, doi: https://doi.org/10.34759/vst-2019-4-28-41

[14] Зверев А.Я., Черных В.В. Экспериментальное определение акустических и виброакустических характеристик многослойных композитных панелей. Акустический журнал, 2018, т. 64, № 6, с. 727–736, doi: https://doi.org/10.1134/S0320791918060151

[15] Зверев А.Я., Черных В.В. Определение акустической эффективности материалов и конструкций в лабораторных и натурных условиях. Ч. 1. Звукопоглощение и звукоизоляция. Ученые записки ЦАГИ, 2018, т. 49, № 8, с. 40–55.

[16] Зверев А.Я., Семенова Л.П. Определение акустической эффективности материалов и конструкций в лабораторных и натурных условиях. Ч. 2. Вибропоглощение. Ученые записки ЦАГИ, 2019, т. 50, № 1, с. 43–56.

[17] Зверев А.Я., Лесных Т.О., Паранин Г.В. Исследование эффективности применения вибропоглощающего материала с армирующим слоем для повышения звукоизоляции элементов конструкции фюзеляжа. Ученые записки ЦАГИ, 2016, т. 47, № 2, с. 82–92.

[18] Li C., Lu Y., Lan C., Wang Y. Noise reduction in helicopter cabins using microperforated panel composite sound absorption structures. Appl. Sci., 2023, vol. 13, no. 14, art. 8153, doi: https://doi.org/10.3390/app13148153

[19] Bies D.A., Hansen C.H. Engineering noise control. CRC Press, 2009. 748 p.

[20] Johnescu J.R. Modeling aircraft cabin noise. Occupational Health & Safety, 2003. URL: https://ohsonline.com/Articles/2003/07/Modeling-Aircraft-Cabin-Noise.aspx

[21] Nagaraj P., Elmenshawy A.A.A.E., Alomar I. Vibroacoustic soundproofing for helicopter interior. Aviation, 2023, vol. 27, no. 1, pp. 57–66, doi: https://doi.org/10.3846/aviation.2023.18629

[22] Rumpler R. Efficient finite element approach for structural-acoustic applicationns including 3D modelling of sound absorbing porous materials. Doctoral thesis. Royal Institute of Technology, 2012. 224 p.

[23] Копьев В.Ф., Чернышев С.Л. Развитие методов вычислительной аэроакустики в ЦАГИ. Тр. шестой межд. конф. Параллельные вычисления и задачи управления PACO’2012. Т. 3. Москва, ИПУ РАН, 2012, с. 254–265.

[24] Teuma Tsafack F., Kochan K., Kletschkowski T. et al. Validation of the acoustic finite element model of a very light jet cavity mock-up. COMSOL, 2008. 7 p.

[25] Рипецкий А.В. Расчет ресурса обшивки самолетной конструкции по условиям акустической прочности с использованием САПР. Известия ТулГУ. Технические науки, 2012, № 9, с. 246–250.

[26] Дубинский С.В., Севастьянов Ф.С., Костенко В.М. и др. Расчетно-экспериментальное исследование влияния виброакустических нагрузок на прочность композитного соединения. Акустический журнал, 2019, т. 65, № 4, с. 460–470, doi: https://doi.org/10.1134/S032079191904004X

[27] Барышева Д.В., Никитин Е.А., Ким Н.В. и др. Реализация комплекса работ по обеспечению акустической прочности современного пассажирского самолета с композиционными материалами и двигателем отечественного производства. URL: https://www.aviationunion.ru/upload/iblock/3d0/wbfapm9n5ab9ry3vum0aca73czrjjzku/Rabota_Korporatsiya-Irkut_i-FAU-TSAGI.pdf (дата обращения: 15.06.2024).

[28] Arenas J.P., Crocker M.J. Recent trends in porous sound-absorbing materials. J. Sound Vib., 2010, vol. 44, no. 7, pp. 12–17.

[29] Zimcik D.G. Active control of aircraft cabin noise. RTO AVT Symposium on Habitability of Combat and Transport Vehicles: Noise, Vibration and Motion, 2004, art. RTO-MP-AVT-110. 17 p.

[30] Malte M. Experiments on noise reduction in aircraft with active sidewall panels. Hiroshima Calling, 2018, vol. 2. URL: https://elib.dlr.de/121168/1/ICSV25_Misol.pdf (дата обращения: 15.06.2024).

[31] Asarudheen Abdudeen, Jaber E. Abu Qudeiri, Aiman Ziout, Thanveer Ahammed. Design of acoustic metamaterials for cabin noise reduction and pressure sensing in propfan aircrafts. ASME 2020 Pressure Vessels & Piping Conf., 2020, paper PVP2020-21793, V003T03A010, doi: https://doi.org/10.1115/PVP2020-21793

[32] Зверев А.Я. Механизмы снижения шума в салоне самолета. Акустический журнал, 2016, т. 62, № 4, с. 474–479, doi: https://doi.org/10.7868/S0320791916040183

[33] Griffin J.R. The control of interior cabin noise due to a turbulent boundary layer noise excitation using smart foam elements. Master thesis. Virginia Tech, 2006. 102 p.

[34] Белов В.Д., Мигун Ю.Г., Орлов А.И. Гибридный активно-пассивный звукопоглотитель. Акустический журнал, 2012, т. 58, № 4, с. 419–424.

[35] Cobo P., Cuesta M. Hybrid passive-active absorption of a microperforated panel in free field conditions. J. Acoust. Soc. Am., 2007, vol. 121, no. 6, pp. 251–255, doi: https://doi.org/10.1121/1.2739112

[36] Bolton J.S., Song J. Sound absorption characteristics of membrane-based sound absorbers. Proc. Inter-Noise 2003, paper N286. URL: http://docs.lib.purdue.edu/herrick/25 (дата обращения: 15.06.2024).

[37] Аксенов А.А., Гаврилюк В.Н., Тимушев С.Ф. Численное моделирование тонального шума вентиляторов компьютерных устройств и систем кондиционирования. Акустический журнал, 2016, т. 62, № 4, с. 442–450, doi: https://doi.org/10.7868/S0320791916040018

[38] Руководство по расчету и проектированию шумоглушения вентиляционных установок. Москва, Стройиздат, 1982. 87 с.

[39] Ефимцов Б.М., Лазарев Л.А. Возможность снижения шума в салоне самолета от турбулентного пограничного слоя путем изменения подкрепляющего набора фюзеляжа при неизменной его массе. Акустический журнал, 2015, т. 61, № 5, с. 631–635, doi: https://doi.org/10.7868/S0320791915040048