Что вызывает «рычание» некоторых больших ТРДД при взлетной тяге?

Есть некоторые (все?) большие турбовентиляторные двигатели, которые издают отчетливое «рычание» (некоторые люди называют это звуком «циркулярной пилы») при взлетной тяге. Что вызывает это? Я видел, как это объяснялось (как в этом вопросе ), поскольку кончики лопастей вентилятора становятся трансзвуковыми, но это не учитывает шаг, по крайней мере, я так думаю. Главный вентилятор имеет около 20 или 30 лопастей и должен вращаться со скоростью несколько тысяч оборотов в минуту на взлетной мощности (возможно, порядка 4000); тогда кончик лезвия будет проходить заданную фиксированную точку со скоростью около 80 000 (или более) в минуту или 1300 (или более) в секунду.

Музыкальная середина C составляет всего около 260 Гц, поэтому любой шум лезвия должен звучать как высокий скулящий, а не низкий рык. Часто можно услышать «биение» из-за того, что два или более двигателей работают почти с одинаковой скоростью, но рычание циркулярной пилы заметно отличается. Так что же вызывает этот звук на этой высоте?

Это очень научный вопрос, не строго авиационный, поэтому я считаю, что он должен быть о физике.
@Ben Aviation на самом деле основан на науке, физике, математике, аэродинамике, материаловедении, аэроупругости, проектировании конструкций и некоторых других.
@Koyovis, конечно, но по своей сути этот вопрос касается физики звука, которая является предметом рассмотрения на physics.se, а не на этом сайте.
@Ben То, что что-то обсуждается где-то в другом месте, не означает, что здесь это не по теме. Это также зависит от того, какой ответ вы хотите получить (вы получите совсем другую точку зрения на физике. SE).

Ответы (2)

Существует широкий диапазон гармоник, генерируемых вентилятором, вплоть до нижнего звукового спектра. Эта статья посвящена звукоизоляции кожуха ТРДД и содержит шумовые измерения реального ТРД в наземной установке при полной мощности ТО:

введите описание изображения здесь

Статья вроде бы гугл перевела на английский с русского, но сделанные замечания очень верны:

На режимах мощности с числом Маха М>1 на периферии крыльчатки хорошо заметен ударно-волновой шум, появляющийся на гармониках частоты ротора, который можно было наблюдать в диапазоне частот между первой частотой ротора и ППФ вентилятора. Ударно-волновой шум имеет высокий уровень звуковой мощности за счет применения лемнискатного входного канала без футеровки и сужения.

Мы предполагаем, что под «талией» имеется в виду: применение различной формы поперечного сечения (талии). Синие линии на графике — это гармоники частоты ротора. В первых 1200 Гц их 16, в линейной шкале это означает, что расстояние между синими линиями равно 75 Гц.

Значительные звуковые пики можно обнаружить с интервалом в 75 Гц, сразу начиная с первой гармонической линии 75 Гц. Обратите внимание, что частота прохождения лопастей вентилятора составляет около 2500 Гц, но частотный спектр ниже BPF вентилятора довольно плотно заселен. Доминирующий звук, который наблюдается на земле от турбовентиляторного двигателя самолета, конечно же, зависит от положения, расстояния, формы воздухозаборника, мер звукоизоляции и т. д. Имеет смысл, если основные усилия по звукоизоляции направлены на самый громкий спектр, и что низкие звуки жужжания считаются низкоприоритетными для подавления, поскольку они не очень мешают.

«Шум циркулярной пилы», как обычно определяется, вызван ударными волнами от трансзвуковых концов лопастей вентилятора, как описано в ответе @Koyovis, а также в связанном ответе.

Ваш вопрос, кажется, сосредоточен на низкочастотной составляющей звука, и вы правильно указываете, что частота прохождения лопастей вентилятора будет порядка 1 кГц.

Есть еще один источник шума от двигателя, который часто можно услышать в салоне, и это вызвано вибрацией ротора вентилятора. Всякий раз, когда вентилятор не идеально сбалансирован (а он никогда не бывает идеальным), дисбаланс вызовет вибрацию на частоте вращения вентилятора. Это почти наверняка основной тон 75 Гц в статье, на которую ссылается @Koyovis. Частота вращения ротора варьируется в зависимости от размера двигателя: 45 Гц для большого, как на Боинге 777, до 100–200 Гц для небольших региональных самолетов.

Эта энергия вибрации передается в виде структурной вибрации через конструкцию двигателя, через пилон и крыло, а затем вызывает вибрацию самого фюзеляжа с этой частотой. Это приводит к тому, что интерьер кабины становится гигантским громкоговорителем на частоте ротора.

Производители двигателей и самолетов пытаются контролировать этот шум, поддерживая хорошую балансировку двигателей и пытаясь минимизировать количество мощности, передаваемой через крыло.

Но опять же, вибрация из-за дисбаланса должна быть синусоидальной на той же частоте, что и скорость вращения вала (45 Гц, как вы говорите). Это будет восприниматься не как звук "пилы", а скорее как гул, не так ли?
Вибрация из-за дисбаланса синусоидальная при той же частоте вращения вала, да. Но я не думаю, что это будет воспринято как "гул". Хотя это может быть субъективно. Перейдите на szynalski.com/tone-generator и сгенерируйте синусоидальную волну 75 Гц (или настолько низкую, насколько позволяет ваша звуковая система). Вам это кажется гулом?
Что вызывает «рычание» некоторых больших ТРДД при взлетной тяге?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v