Принцип построения высокочастотных модуляторов звука для акустических испытаний на прочность и ресурс летательных аппаратов

Современные летательные аппараты подвергаются воздействию интенсивных пульсаций звукового давления, возникающих не только от шума двигателей, но и турбулентного воздействия среды в процессе полета. Указанные пульсации вызывают вибрации конструкции, приводящие к усталостным разрушениям обшивки и силовых элементов, отказам оборудования. Опыт эксплуатации показывает необходимость учета акустической усталости, начиная с 130 – 135 дБ, а при нагрузках свыше 160 дБ она становится одним из основных факторов, определяющих прочность авиационных и космических конструкций. Несмотря на развитие расчетных методов оценки долговечности при акустических нагрузках, наиболее достоверными остаются методы, основанные на экспериментальных исследованиях. Основная характеристика акустического нагружения — его частотный спектр. Для испытаний большинства самолетных конструкций достаточно воспроизведения акустических нагрузок в управляемом диапазоне частот от 50 до 600 Гц с интенсивностью указанных выше пульсаций. Однако для испытаний аппаратуры и оборудования космического назначения на воздействие акустического шума необходимо реализовать частотный диапазон от 150 до 1200 – 2000 Гц. В настоящее время в реверберационных камерах, эксплуатируемых в России, используются низко- и среднечастотные генераторы собственного производства в диапазоне частот от 20 до 600 Гц. Для создания более высоких частот акустических колебаний применяются электропневматический преобразователь марки EPT-200 американской фирмы ЛИНГ (предельная частота 1000 – 1250 Гц) и наиболее современные французские модуляторы SERMOD фирмы SEREME (предельная частота 1000 – 2000 Гц). Информация об устройстве этих модуляторов звука для потребителей не доступна. В силу дальнейшего развития авиационно-космической техники назрела необходимость создания отечественных высокочастотных генераторов звука для проведения акустических испытаний. В данной статье предлагается метод, обеспечивающий функционирование генератора звука в управляемом диапазоне 150 – 1200 Гц. При построении генератора необходимо было разработать такую конструкцию модулятора звука, входящего в состав генератора, чтобы при увеличении электродвижущей силы, приводящей в возвратно-поступательное движение подвижный элемент клапанного узла, избежать повышения тепловыделения в электромагнитном движителе. Для этого предложено электродвижитель выполнить в виде синхронно работающих двух частей, расположенных на противоположных концах подвижного элемента клапанного узла. Подавая в каждую часть предельно допустимый ток, общий ток возбуждения удалось увеличить вдвое. Расчет показал, что, применяя более энергоемкие постоянные магниты типа неодим NdFeB и указанный принцип формирования движителя, можно достичь управляемого регулирования звуковой частоты в диапазоне 150 – 1200 Гц с пульсацией до 160 дБ.

1. Авиационные правила. Часть 25. Нормы летной годности самолетов транспортной категории / Межгосударственный авиационный комитет. — М.: ОАО «Авиаиздат», 2009. — 266 с.

2. Spottswood M. S., Eason T. G., Chona R. A structural perspective on the challenges associated with analyzing a reusable hypersonic platform. Rasd 2013. 11 International Conference, 1 – 3 July 2013, Pisa.

3. Hughes W. O., McNelis M. E., Harman A. D., and McNelis A. M. The Testing Behind the Test Facility: The Acoustic Design of the NASA Glenn Research Center’s World-Class Reverberant Acoustic Test Facility. Glenn Research Center, Cleveland, Ohio, October 2010. P. 2.

4. Hughes W. O., McNelis M. E., Harman A. D., and McNelis A. M. The Development of the Acoustic Design of NASA Glenn Research Center’s New Reverberant Acoustic Test Facility / NASA Glenn Research Center. — Cleveland, 2011. — 344 p.

5. Stevens C. L. Measurement of Acoustic Power of High Intensity Sound Sources / J. Environm. Sci. 1976. V. 1-11. N 1. P. 7 – 74.

6. Николаев В. С., Каурова Н. Ф. Установки для испытаний конструкций аэрокосмических летательных аппаратов на акустическую прочность. Обзор № 565. — М.: Издательский отдел ЦАГИ, 1979. — 195 с.

7. www.sereme.com / Акустический модулятор SERMOD HF20.

8. Галеев А. Г., Захаров Ю. В., Макаров В. П., Родченко В. В. Проектирование испытательных стендов для экспериментальной отработки объектов ракетно-космической техники. — М.: Издательство МАИ, 2014. — 283 с.

9. Патент 2707587. Российская Федерация. МПК G10K7/06 (2006.01). Способ генерации звука для испытаний конструкций и устройство для его реализации / Стерлин А. Я., Фурман А. В., Ким С. К., Куценко С. А.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное унитарное предприятие «Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н. Е. Жуковского» (ФГУП «ЦАГИ»). — № 2018142903; заявл. 05.12.18; опубл. 28.11.19. Бюл. № 34.

10. Патент 2696946. Российская Федерация. МПК G10K7/06 (2006. 01). Электропневматический генератор звука / Стерлин А. Я., Фурман А. В., Ким С. К., Зверев Н. В.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное унитарное предприятие «Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н. Е. Жуковского» (ФГУП «ЦАГИ»). — № 2018142901; заявл. 05.12.18; опубл. 07.08.2019.Бюл. № 22.

11. Стерлин А. Я., Фурман А. В., Ким С. К., Куценко С. А. Разработка высокочастотного генератора звука для акустических испытаний авиационных конструкций: Модели и методы аэродинамики / Международная школа-семинар. Евпатория, 4 – 11 июня 2019 г. — 148 с.