Введение к работе
Актуальность работы:
На сегодняшний день важность обеспечения требований по уровню шума
воздушных судов (ВС) на местности находятся на втором месте - после
безопасности полета, при коммерческой реализации изделия. Нормы по уровню
шума Международной организации гражданской авиации (ИКАО)
устанавливаются в зависимости от максимальной взлетной массы самолета в трех фиксированных контрольных точках и характеризуют основные этапы полета самолета: взлет, набор высоты, снижение на посадку. В настоящее время ВС дополнительно к сертификации проходят регистрацию в базах данных ИКАО. Отсутствие в этих базах значений уровня шума или их несоответствие требованиям ИКАО приводит либо к запрету эксплуатации ВС на территории государства, либо к уплате экологических штрафов. С 31 декабря 2017 года введены более жесткие нормы по шуму самолетов на местности, которым в настоящее время не соответствует ни один из эксплуатируемых отечественных магистральных пассажирских ВС.
В современных ВС двигательная установка (ДУ) является доминирующим источником шума на местности в режимах взлета и набора высоты. Одним из основных способов снижения шума ДУ является применение звукопоглощающих конструкций (ЗПК). Для успешного снижения шума на местности до требуемых ИКАО значений, перспективные ЗПК должны обладать следующим комплексом свойств:
высокие акустические характеристики в широком (не менее двух октав) частотном диапазоне;
прочностные свойства, не уступающие применяемым в настоящее время ЗПК;
- низкая плотность;
- устойчивость материала к воздействию загрязнений, влаги, агрессивных
жидкостей.
В связи с этим разработка нового звукопоглощающего материала-конструкции (ЗМК) для применения в составе ЗПК является актуальной задачей.
Цель работы: разработка звукопоглощающего материала-конструкции с
расширенным частотным диапазоном, пониженной поверхностной плотностью и
возможностью настройки акустических характеристик без изменения
прочностных и габаритных характеристик материала для применения в составе ЗПК системы шумоглушения с целью снижения шума на местности от авиационных двигателей.
Основные задачи:
-
Анализ существующих решений реализации ЗПК пассажирских ВС;
-
Выбор материалов для обеспечения акустических и эксплуатационных характеристик ЗМК, исследование их свойств и взаимовлияния;
-
Исследование влияния конструктивных особенностей ЗМК на их звукопоглощающие свойства;
-
Разработка состава и технологии изготовления ЗМК, сочетающего резонансное и диссипативное поглощение, для снижения шума на местности, создаваемого авиационными двигателями;
-
Изготовление экспериментальных образцов и исследование их акустических, физических и механических характеристик.
Научная новизна:
-
Впервые разработан звукопоглощающий материал-конструкция, сочетающий резонансный и диссипативный вид поглощения акустических волн, с интегрированной в стеклосотопласт вставкой из пористого материала, пропитанной гидрофобизирующим составом, и воздушными полостями с каждой стороны вставки. Применение воздушных полостей позволило снизить массу ЗМК, повысить технологичность изготовления конструкции, при одновременном обеспечении высоких акустических характеристик.
-
Установлено, что изменение параметров пористого материала и/или его расположения в ячейках стеклосотопласта позволяет изменять акустические характеристики без изменения габаритов конструкции и её прочностных характеристик. Применение пористой вставки позволяет снизить зависимость ЗПК с применением ЗМК от уровня звукового давления.
Положения, выносимые на защиту:
1. Разработка материала-конструкции с интегрированной в стеклосотопласт
вставкой из пористого материала, позволяющей повысить акустические
характеристики ЗПК.
2. Влияние толщины, пористости и расположения звукопоглощающего
элемента в ячейке сотопласта на акустические характеристики ЗМК, при
снижении влияния традиционных для ЗПК резонансного типа параметров, таких
как толщина перфорированной обшивки, диаметр отверстий и процент
перфорации.
3. Повышение эксплуатационных характеристик и улучшение акустических
свойств за счет гидрофобизации пористой вставки. Для гидрофобизации
использован герметик на основе кремнийорганического каучука лестничной
структуры, который позволяет закрепить звукопоглощающий элемент внутри
стеклосотопласта.
4. Влияние микроструктуры и воздухопроницаемости пористой вставки,
пропитанной гидрофобизирующим составом, на акустические характеристики.
5. Состав и технология изготовления ЗМК с улучшенными свойствами по
сравнению с применяемыми в настоящее время конструкциями.
Достоверность и обоснованность результатов исследования:
Применение стандартных поверенных и аттестованных средств измерения,
использование методов исследования, надежно зарекомендовавших себя в
мировой практике, а также всесторонние исследования большого количества
образцов, обеспечивают достоверность и обоснованность результатов
исследования.
Личный вклад соискателя:
Соискателем лично проведены все исследования, разработан состав ЗМК,
отработана технология его получения, исследованы акустические и
эксплуатационные свойства, составлена вся необходимая техническая
документация. Соискатель непосредственно провел опробование и участвует в процессе внедрения разработанного материала в изделия АО «ОДК-Авиадвигатель».
Апробация работы:
Результаты диссертационной работы докладывались:
- Всероссийская научно-техническая конференция «Функциональные
материалы для снижения авиационного шума в салоне и на местности» (12 марта
2015 г., ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ, Москва);
Четвертая Открытая Всероссийская Конференция по аэроакустике (28 сентября - 02 октября 2015 г. Московская обл., г. Звенигород);
II Всероссийская научно-техническая конференция «Функциональные материалы для снижения авиационного шума в салоне и на местности» (16 февраля 2017 г., ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ, Москва);
IV Всероссийская молодежная научная конференция «Химия и технология новых веществ и материалов» (24-26 мая 2016 г., Сыктывкар);
II Международная научно-техническая конференция «Новые материалы и технологии глубокой переработки сырья - основа инновационного развития экономики России» (27 июня 2017 г., ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ, Москва);
- Пятая открытая Всероссийская конференция по аэроакустике (25 – 29
сентября 2017 г., Московская обл., г. Звенигород).
Публикации:
Основные результаты изложены в 14 научных публикациях, включая 6 публикаций в изданиях, включенных в перечень ВАК, и 2 патентах.
Структура и объем работы:
Диссертационная работа состоит из введения, 3 глав, выводов, списка использованной литературы из 125 наименований, содержит 50 рисунков, 14 таблиц, изложена на 122 страницах машинописного текста.