Numerical simulation of tonal noise of a bypass engine fan stage

Abstract

1 Научно-производственное объединение «Сатурн», г. Рыбинск 2 Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьёва С ужесточением норм ICAO по шуму воздушных судов на местности необходимо большее внима-ние уделять акустическому проектированию силовых установок. Для современных гражданских авиаци-онных двигателей с большой степенью двухконтурности характерно доминирующее влияние вентилято-ра на суммарный уровень шума. В связи с тем, что конструкция вентилятора и компрессора низкого дав-ления в значительной степени определяет облик будущего двигателя, необходимо на этапе проектирова-ния иметь возможность оценки акустических характеристик данного узла. Такую возможность предос-тавляет использование методов вычислительной аэроакустики. В данной статье представлены результа-ты численного моделирования тонального шума вентилятора с использованием коммерческого про-граммного обеспечения. Расчёты выполнены на режиме захода на посадку. Результаты расчётов вклю-чают в себя диаграммы направленности акустического излучения на расстоянии 50 м от двигателя в пе-редней полусфере. Моделирование выполнено в полной постановке для всех межлопаточных каналов рабочего колеса и спрямляющего аппарата ступени вентилятора при отсутствии осевой симметрии сту-пени. В статье дана оценка возможности использования представленного подхода для анализа акустиче-ских характеристик элементов авиационных двигателей. Также представлена трудоёмкость и затраты вычислительных ресурсов при выполнении моделирования. Аэроакустика, численное моделирование, ротор-статор взаимодействие, вентилятор, двухкон-турный турбореактивный двигатель (ТРДД), преобразование Фурье, звуковое давление.Пристальное внимание общества к экологическим проблемам и острая кон-курентная борьба на рынке авиаперевозок привели в настоящее время к новой шкале приоритетов при создании самолётов, в которой второе место после безопасности полётов прочно заняла проблема шума на местности. При этом определяющая роль в снижении шума воздушных судов при-надлежит двигателям.В настоящее время проектирование малошумных силовых установок для ле-тательных аппаратов является комплекс-ной задачей, решение которой требует не только оптимизации отдельных элементов двигателя, но и всего конструктивного облика в целом. Очень часто требования акустики вступают в противоречия с тре-бованиями прочности, надёжности, тех-нологичности и стоимости конструкции.Для современных авиационных дви-гателей с высокой степенью двухконтур-ности характерно доминирующее влияние вентилятора на суммарный уровень шума. В связи с этим достижение требуемых акустических характеристик вентилятор-ной ступени должно является одной из первоочередных целей на всех этапах проектирования гражданского авиацион-ного двигателя. При этом для оценки эф-фективности конструктивных мероприя-тий требуется проведение большого коли-чества экспериментальных работ на от-крытом испытательном стенде или в спе-циализированных акустических камерах.Однако процесс натурного экспери-мента очень дорогостоящий, поэтому ре-шать ...