4.2.1. Составляющие шума винта

ВВ создает сложный спектр сильного шума, который имеет гармоническую структуру. Дискретные частоты периодического спектра шума кратны произведению частоты вращения на число лопастей винта. Гармоническую составляющую шума винта называют шумом вращения, который возникает из-за пульсаций давления и скорости вблизи ометаемой зоны. Такие пульсации связаны с вытеснением и возникновением переноса давления по обе стороны лопасти. Этот шум эквивалентен акустическому диполю.

Вторая составляющая называется вихревым шумом, генерирующим периодически срывающимися вихрями при обтекании лопастей вязкой средой. Лопасть при вращении вытесняет из окружающей среды объем, равный своей емкости, который затем вновь заполняется средой. Происходит периодическое изменение объема в любой фиксированной точке пространства в области вращения винта. Таким образом, элементарные объемы в этой области пульсируют с той же частотой, что и частота шума вращения. Эту составляющую называют объемным шумом, который эквивалентен акустическому монополю, т.е. единичному источнику звука.

Основные источники шума при обтекании профиля лопасти винта представлены на рис. 12.

Шум винта может быть вызван различными причинами и занимает широкий частотный диапазон. Примерный спектр шума винта показан на рис. 13.

Наряду с четко выраженными гармоническими составляющими в спектре имеется участок широкополосного шума. Соотношение между уровнями дискретных составляющих и широкополосного шума зависят от геометрических и аэродинамических характеристик винта, режима его работы, от степени неоднородности и турбулентности потока перед винтом. Шум винтов с малым числом лопастей при умеренных дозвуковых концевых скоростях определяют в основном одной или двумя первыми гармониками шума вращения. В этом случае уровень широкополосного шума на 15 - 20 дБ ниже звукового давления первой гармоники, и им обычно пренебрегают. С увеличением числа лопастей и площади их общей поверхности уровень первой гармоники резко уменьшается и уменьшается разность между уровнями отдельных гармоник. При этом уровни широкополосного шума и дискретных составляющих становятся соизмеримыми. С увеличением концевой скорости лопастей на их поверхностях возникают местные сверхзвуковые зоны со скачками уплотнения, которые приводят к увеличению уровней как дискретного, так и широкополосного шума. При дальнейшем увеличении концевой скорости (М_R > 1) преобладающим становится шум ударных волн.

Таким образом, изменение геометрических и аэродинамических характеристик винтов в широких пределах, а также режимов их работы приводит к тому, что в каждом конкретном случае механизмы генерации преобладающего шума могут оказаться различными.