Резонансная ячейка для гашения акустических волн

Авторы патента:

F02C7/045 - со средствами для подавления шума

Владельцы патента RU 2590216:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к области шумоподавления, а именно к ячейкам звукопоглощающей конструкции резонансного типа. Устройство содержит резонансную ячейку для гашения акустических волн, состоящую из камеры и входа, выполненных в форме усеченных круговых конусов. Меньшие основания камеры и входа соединены цилиндрической горловиной, образующей проход акустических волн в камеру, при этом рабочий объем ячейки равен суммарному объему входа, горловины и камеры ячейки. При работе устройство создает монохроматический акустический барьер для распространения акустической волны. При этом геометрические параметры ячейки - высоты и диаметры входа, горловины, камеры выбираются в зависимости от рабочего диапазона частот шума двигателя. Технический результат - повышение эффективности звукопоглощения. 1 ил.

Изобретение относится к области авиастроения, а именно к ячейкам (резонаторам) звукопоглощающей конструкции резонансного типа, гасящим звуковые колебания (шум), и предназначено для использования в звукопоглощающих панелях турбореактивного двигателя и в транспортной технике, в том числе при изготовлении проточных трактов современных авиационных двигателей.

Известна ячейка звукопоглощающей конструкции резонансного типа, выполненная в форме усеченных пирамид, описанная в способе изготовления звукопоглощающей конструкции (см. патент RU №2282735 от 27.08.2006).

Недостатком известной ячейки является низкий эффект гашения шума вследствие того, что она не позволяет максимально полно преобразовать потенциальную энергию сжатия воздуха в кинетическую.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является ячейка звукопоглощающей конструкции резонансного типа, содержащая цилиндрическую камеру с входом, выполненным в виде усеченного конуса и соединенным меньшим основанием с камерой (см. автореф. дис. Козубской Т.К. "Разработка моделей и методов повышенной точности для численного исследования задач прикладной аэроакустики", г. Москва, 2010 г., стр. 41). Данное устройство принято за прототип.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения - камера и вход, выполненный в форме усеченного кругового конуса и соединенный меньшим основанием с камерой.

Недостатком известной ячейки, принятой за прототип, является низкий эффект гашения шума вследствие того, что известная форма не позволяет максимально полно преобразовать потенциальную энергию сжатия воздуха в кинетическую.

Задачей изобретения является повышение эффективности снижения шума, создаваемого газовым или воздушным потоком при прохождении им газовых трактов двигателя транспортного средства.

Технический результат изобретения заключается в повышение коэффициента звукопоглощения.

Поставленная задача была решена за счет того, что в известной резонансной ячейке для гашения акустических волн, содержащей камеру и вход, выполненный в форме усеченного кругового конуса и соединенный меньшим основанием с камерой, согласно изобретению камера выполнена в форме усеченного кругового конуса и меньшие основания камеры и входа соединены цилиндрической горловиной, образующей проход акустических волн в камеру, при этом рабочий объем ячейки равен суммарному объему входа, горловины и камеры ячейки.

Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа - камера выполнена в форме усеченного кругового конуса; меньшие основания камеры и входа соединены цилиндрической горловиной, образующей проход акустических волн в камеру; рабочий объем ячейки равен суммарному объему входа, горловины и камеры ячейки.

Выполнение ячейки биконической формы позволяет минимизировать акустические потери и сделать максимально более полным преобразование потенциальной энергии сжатия воздуха внутри ячейки в кинетическую энергию движения воздуха в биконической горловине ячейки и в создании акустического экрана в поперечном сечении канала, что препятствует распространению основной волны по каналу. Благодаря этому достигается заявленный технический результат: повышение коэффициента звукопоглощения.

Заявителю неизвестно использование в науке и технике отличительных признаков резонансной ячейки с получением указанного технического результата.

На чертеже изображен общий вид ячейки.

Резонансная ячейка для гашения акустических волн содержит камеру 1 с входом 2. Вход 2 выполнен в форме усеченного кругового конуса, обращенного меньшим основанием к камере 1, а большим основанием выходит в проточный тракт. Камера 1 ячейки выполнена в форме усеченного кругового конуса, обращенного меньшим основанием к входу 2. Меньшие основания камеры 1 и входа 2 соединены цилиндрической горловиной 3, образующей проход акустических волн в камеру 1. Рабочий объем ячейки 4 равен суммарному объему входа 2, горловины 3 и камеры 1 ячейки. Эффективные размеры резонансной ячейки: высоты и диаметры входа, горловины и камеры определяются в зависимости от рабочего диапазона частот шума двигателя.

Принцип действия разработанной биконической ячейки (резонатора) Гельмгольца состоит в сжатии внутреннего объема воздуха, заключенного в ячейке, давлением основной звуковой волны через вход 2 в ячейке и преобразовании потенциальной энергии сжатия в кинетическую энергию воздуха в биконической горловине 3 ячейки в поперечном каналу направлении в резонансе с колебаниями частиц воздуха основной звуковой волны в канале. Биконическая форма позволяет минимизировать акустические потери и сделать максимально более полным преобразование потенциальной энергии сжатия воздуха внутри ячейки в кинетическую энергию движения воздуха в биконической горловине 3 ячейки и в создании акустического экрана в поперечном сечении канала, что препятствует распространению основной волны по каналу. Тем самым принцип действия предложенной биконической ячейки Гельмгольца кардинально отличается от принципа действия звукопоглощающих ячеек Гельмгольца, когда стремятся максимизировать акустические потери внутри ячейки: часть акустической энергии звуковой волны тратится на сжатие внутреннего объема воздуха и трение в «горлышке» резонатора, а часть кинетической энергии поглощается пористым звукопоглощающим материалом, размещенным внутри корпуса устройства.

Таким образом, предложена уникальная биконическая форма ячейки, которая значительно увеличивает мощность преобразования акустической энергии из основной волны в излучение поперечного каналу направления, что создает в канале монохроматический «акустический барьер» для распространения основной, в общем, широкополосной акустической волны; «акустический барьер» приводит к сильному отражающему эффекту и значительному гашению - снижению коэффициента прохождения основной акустической волны вдоль канала на резонансной частоте ячейки.

Резонансная ячейка для гашения акустических волн, содержащая камеру и вход, выполненный в форме усеченного кругового конуса и соединенный меньшим основанием с камерой, отличающаяся тем, что камера выполнена в форме усеченного кругового конуса и меньшие основания камеры и входа соединены цилиндрической горловиной, образующей проход акустических волн в камеру, при этом рабочий объем ячейки равен суммарному объему входа, горловины и камеры ячейки.

Двухконтурный турбореактивный двигатель содержит рабочее колесо вентилятора, имеющее лопатки и охваченное кольцевым картером. Картер содержит средства всасывания воздуха в кольцевом зазоре, образованном между картером и радиально наружными концами лопаток рабочего колеса вентилятора.

Сращивание искривленных акустических сотовых структур // 2588205

Изобретение относится к соединению между собой секций акустической сотовой конструкции, с образованием сращенной акустической сотовой конструкции, и может быть применено для сшивания искривленных секций акустической сотовой конструкции с образованием гондол двигателя и других акустических ослабляющих колебания структур.

Способ расстановки лопаток в рабочем колесе вентилятора авиационного двигателя // 2580980

Изобретение относится к авиадвигателестроению и может найти применение при сборке рабочего колеса вентилятора турбовентиляторного авиационного двигателя. Техническим результатом изобретения является снижение уровней шума самолета на режимах взлета и набора высоты в контрольных точках по стандартам ИКАО.

Звукопоглощающая панель гондолы турбореактивного двигателя, оснащенная встроенными крепежными элементами // 2579785

Звукопоглощающая панель содержит, по меньшей мере, одну ячеистую сердцевину, расположенную между внутренней обшивкой и наружной обшивкой. В наружную обшивку встроен, по меньшей мере, один крепежный элемент, выполненный с возможностью образования разъемного соединения с ответным крепежным элементом, взаимодействующим с конструкцией, к которой следует прикрепить звукопоглощающую панель.

Звукоизолирующая панель, конструкция воздухозаборника и внутренняя неподвижная конструкция с такой панелью для гондолы авиадвигателя // 2545608

Звукоизолирующая панель содержит несущее покрытие и закрепленный на указанном покрытии звукопоглощающий пористый материал. Структура пористого материала выбрана из группы, включающей: пены, вспененные материалы, войлоки, а также материалы, содержащие совокупности малоразмерных элементов, а сам пористый материал выбран из группы, включающей: полимерные, металлические, керамические, композитные материалы и углеродную пену.

Конструкция стенки с шумоизолирующими свойствами и газотурбинная установка, снабженная такой стенкой // 2545266

Конструкция стенки с шумопоглощающими изолирующими свойствами для воздухозаборного коллектора газотурбинной установки содержит первое средство для механического крепления внешнего листа, герметично разделяющего пространства с обеих сторон стенки, а также второе средство для крепления шумоизолирующего материала между пространствами с обеих сторон стенки.

Узел из элементов, соединенных посредством устройства, обеспечивающего целостность поверхности одного из элементов // 2521824

Узел содержит первый и второй элементы и соединительное устройство между этими двумя элементами, позволяющее сохранить целостность поверхности второго элемента.

Комплексное воздухоочистительное устройство накопительного типа для газотурбинных установок и его варианты // 2472019

Изобретение относится к газоочистным устройствам и может быть использовано для очистки забираемого из атмосферы воздуха и подготовки его к подаче в компрессор газотурбинной установки (ГТУ) с целью уменьшения абразивного износа и трактовых отложений на лопаточных элементах компрессора указанной установки.

Способ выполнения звукоизоляционной структуры, получаемая звукоизоляционная структура и покрытие, в котором применяется такая структура // 2470383

Покрытие для акустической обработки, передняя кромка и воздухозаборник летательного аппарата, содержащие такое покрытие // 2468226

Ослабляющие вибрацию полосы для разгрузки жидкости для звуковой защиты корпуса вентилятора турбинного двигателя летательного аппарата // 2607688

Изобретение относится к звуковой защите корпуса вентилятора турбинного двигателя летательного аппарата. Устройство звуковой защиты для корпуса летательного аппарата содержит панель (6) звуковой защиты с полосами (10), ослабляющими вибрацию. Полосы прижаты с одной стороны к внешней поверхности (6a) панели (6), а с другой стороны - к внутренней поверхности корпуса вентилятора. Каждая ослабляющая полоса (10) имеет два противоположных края (14), каждый из которых имеет верхний по потоку конец и нижний по потоку конец, расположенные на расстоянии друг от друга вдоль направления центральной оси (2). Один из двух противоположных краев (14) полос (10) имеет такую форму, чтобы жидкость, присутствующая на этом краю, могла протекать под действием силы тяжести в направлении любого одного или обоих из его верхнего по потоку и нижнего по потоку концов. Изобретение повышает надежность двигателя летательного аппарата. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

Турбонагнетатель (варианты) // 2635015

Турбонагнетатель содержит корпус, проточный канал внутри корпуса, рабочее колесо компрессора, содержащее основную лопасть и выполненное с возможностью вращения для сжатия всасываемого воздуха, а также кольцевой элемент срыва потока на корпусе. Кольцевой элемент срыва потока расположен в области передней кромки основной лопасти и сообщается только с проточным каналом. Поверхность передней кромки кольцевого элемента срыва потока расположена под углом к поверхности корпуса, а задняя кромка кольцевого элемента срыва потока продолжается к центральной оси проточного канала от местоположения пересечения передней и задней кромок. В другом варианте кольцевой элемент срыва потока расположен в области передней кромки основной лопасти и ниже по потоку от участка корпуса, параллельного центральной оси корпуса. Поверхность передней кромки кольцевого элемента срыва потока расположена под углом с участком корпуса, параллельным центральной оси корпуса и расположенным выше по потоку от кольцевого элемента срыва потока, а задняя кромка кольцевого элемента срыва потока расположена под углом к центральной оси корпуса. Задняя кромка кольцевого элемента срыва потока расположена на одной линии в осевом направлении с передней кромкой основной лопасти. В еще одном варианте кольцевой элемент срыва потока расположен в области передней кромки основной лопасти, а поверхность передней кромки кольцевого элемента срыва потока расположена под углом к поверхности корпуса, которая расположена выше по потоку от кольцевого элемента срыва потока. Задняя кромка кольцевого элемента срыва потока расположена на одной линии в осевом направлении с передней кромкой основной лопасти смежно поверхности передней кромки кольцевого элемента срыва потока и продолжается к центральной оси проточного канала от местоположения пересечения поверхности передней и задней кромок. Группа изобретений позволяет снизить шум компрессора турбонагнетателя в широком диапазоне частот без существенного влияния на характеристики потока. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 19 ил.