Почему реактивный двигатель на полной мощности издает металлический визг? [дубликат]

Вчера у меня был полет на AA Embraer ERJ-190. Пока самолет стоял на холостом ходу в конце взлетно-посадочной полосы, раздался знакомый пронзительный реактивный свист, звук которого увеличивался по мере того, как двигатель начинал раскручиваться. Но когда он достиг полной мощности, к свистку присоединился гораздо более низкий металлический вой, который сохранялся до тех пор, пока пилот не сбросил газ после первоначального крутого набора высоты.

Я слышал это раньше на некоторых (но не на всех?) самолетах. На слух свист был примерно на четыре с половиной октавы выше воя, что примерно в 24 раза (может быть, я ошибся на октаву или еще в два раза).

В прошлом полете я рассчитал, что если бы главный вентилятор вращался так, что его внешний край двигался со скоростью звука, то вой был бы примерно на частоте вращения вентилятора. Если бы у вентилятора было 24 лопасти (или 48, если я ошибаюсь в октаве), то свистеть могли бы лопасти вентилятора, а свистеть сам вентилятор.

Одним из объяснений может быть то, что в вентиляторе есть что-то асимметричное, например, одна лопасть слишком длинная и ударяется о корпус при полной мощности. (Конечно, это не имело бы смысла с точки зрения проектирования и надежности.)

Что вызывает этот гораздо более низкий металлический вой?

Редактировать: я только что вернулся рейсом JetBlue, но также использовал ERJ-190. Если раньше я сидел в третьем ряду, то на этот раз я был в 24-м ряду из 25-го. При взлете был только громкий рев; никакого "нытья" или "свиста". Итак, совершенно очевидно, что шумы, о которых я говорил выше, исходят от воздухозаборника двигателя.

И на этой странице я нашел фотографию впускного отверстия двигателя GE CF34-10E Efficient Engine ERJ-190:

ERJ-190 GE CF34-10E Эффективный вход двигателя

Конечно же, у приточного вентилятора 24 лопасти. Итак, моя догадка о соотношении частот между моим «свистом» и «свистом» имеет под собой некоторую физическую основу.

И я хотел бы ответить на комментарий @kevin:

Может ли быть так, что «вой» всегда существует в частотном спектре, но он находится чуть ниже порога восприятия нашим человеческим ухом (как по высоте, так и по амплитуде) при работе на низких оборотах?

Когда «нытье» начинается и заканчивается, у меня сложилось впечатление, что да, высота тона повышается по мере того, как он первоначально усиливается, и падает по мере того, как он, наконец, терпит неудачу. Однако его громкость сильно зависит от высоты тона, поэтому он намного тише при работе на 80% от максимального шага / оборотов в минуту и ​​не слышен ниже этого значения. Звучит так, как будто это лезвие, которое якобы ударяет по корпусу, делает это только при превышении определенного числа оборотов в минуту (опять же: это то, на что это похоже, но это почти наверняка не то, что происходит на самом деле). В более общем смысле, моя интерпретация заключается в том, что причина «скуления» возникает только при превышении определенного числа оборотов в минуту.

Редактировать 2: @fooot был достаточно любезен, чтобы указать на другой вопрос , который в основном является дубликатом. Мой текст и предположения (я думаю) намного яснее, но другой вопрос связан с двумя видео, которые демонстрируют именно то, о чем я говорил:

Ни один из ответов на другой вопрос не является правильным; один фокусируется на шуме лопастей вентилятора (слишком высоком), а другой - на вентиляционных отверстиях для выравнивания давления (не связанных с частотой вращения двигателя).

Может ли быть так, что «вой» всегда существует в частотном спектре, но он находится чуть ниже порога восприятия нашим человеческим ухом (как по высоте, так и по амплитуде) при работе на низких оборотах?
Скорее всего, кончики лопастей местами превышают скорость звука.
"24 или 48" может быть вопросом гармоник. Первая гармоника имеет двойную основную частоту, т.е. ровно на одну октаву выше. (И да, коэффициент 24 равен 4,58 октавы)
Количество лопастей соответствует соотношению между двумя тонами, которые я слышу, что явно подразумевает, что один тон соответствует частоте каждой лопасти, а другой тон соответствует частоте вращения.
Я предполагаю, что интерференция между статическими направляющими лопатками («лопасти турбины» - неправильное название, это лопатки, которые не вращаются, они находятся в секции компрессора) и лопатками компрессора. Как взаимодействие между несущим винтом вертолета и рулевым винтом, издавая звук «вертолета». Хотя я просто обыватель...

Ответы (3)

Я обнаружил следующие пределы оборотов для GE CF34-10E: 6325 об/мин и 18018 об/мин для ступеней N1 и N2. При 100% мощности частота вращения ступени N2 составляет 17160 об/мин.

Итак, в основном мы рассматриваем частоту вращения около 300 Гц. Значительно выше порога слышимости в 20 Гц, даже если не на 100% мощности.

Что становится интересным, так это тот факт, что человеческое ухо становится заметно менее чувствительным к звукам ниже 300 Гц. Таким образом, когда частота вращения двигателя увеличивается с 200 Гц до 300 Гц, повышенная мощность не только будет производить больше шума, но и на частоте, которую лучше слышно. Но насколько силен этот эффект, трудно описать. Для этого даже существует стандарт, специально предназначенный для шумов самолетов!

Мой большой вопрос заключается в том, почему турбина, которая, несомненно, точно сбалансирована и симметрична, издает сильный звук на своей основной частоте вращения.
Турбина должна взаимодействовать с воздухом, в этом весь смысл турбины. Вращательное движение периодическое. Балансировка уменьшит асимметрию, но вы не сможете ее устранить. Но даже если бы вы это сделали, поток воздуха на входе тоже не был бы идеально симметричным. Небольшое возмущение, скорее всего, вызовет вибрацию, которая затухает очень медленно — трудно гасить вибрации в быстро движущихся машинах.

Не уверен, что вы имеете в виду под словом «металлический», но звук двигателей Embraer ERJ-190 сильно отличается от звука более крупных двигателей, таких как A-320 или B737... более низкая частота звука из-за гораздо более низкой скорости вращения. И на полном газу двигатели 190 действительно звучат «по-другому» по сравнению с более низкими настройками мощности. Я даже заметил какие-то гудящие циклические вариации, как в звуке, так и небольшую вибрацию. Не будем забывать, что Embraer легче по весу и конструкции, и ощущения от них действительно другие. В любом случае любой продолжительный контакт между ротором и статором нежелателен или распространен. Есть "уплотнение" лабиринтного типа, но оно бесконтактное.

Возможно, вы слышите, как кончики лезвий «задевают» сотовые уплотнения (это то, во что лезвия запечатываются на кончике). Посмотрите "Уплотнения кожуха турбины..."

Можете ли вы предоставить более подробную информацию? Хотя там, безусловно, может быть контакт, похоже, что это вызовет проблемы с износом, если лезвия регулярно трутся об уплотнения.