Modeling Acoustic Processes of the Interaction of Cells of Sound-Absorbing Structures of Aircraft Engines

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Physical and mathematical numerical models have been developed to predict the effective acoustic properties of sound-absorbing honeycomb structures at sound pressure levels of 100 and 130 dB with normal sound wave incidence. The sound absorption coefficients and patterns of acoustic interactions of cells installed at the end of a cylindrical duct with normal sound wave incidence on them were studied by numerical mathematical and physical modeling. The sound absorption efficiency of single and groups of resonators of various shapes and sizes is estimated, and unique combinations of cells in groups are identified, taking into account their acoustic interactions. Representative samples of fragments of sound-absorbing structures were 3D-printed; laboratory tests of the samples were carried out with an interferometer with a normal sound wave incidence on the cells at a sound pressure level of 130 dB.

About the authors

P. V. Pisarev

Perm National Research Polytechnic University, Perm, 614990 Russia

Email: pisarev85@live.ru
Россия, 614990, Пермь, Комсомольский проспект 29

A. A. Pankov

Perm National Research Polytechnic University, Perm, 614990 Russia

Email: pisarev85@live.ru
Россия, 614990, Пермь, Комсомольский проспект 29

A. N. Anoshkin

Perm National Research Polytechnic University, Perm, 614990 Russia

Email: pisarev85@live.ru
Россия, 614990, Пермь, Комсомольский проспект 29

K. A. Akhunzyanova

Perm National Research Polytechnic University, Perm, 614990 Russia

Author for correspondence.
Email: pisarev85@live.ru
Россия, 614990, Пермь, Комсомольский проспект 29

References

  1. Захаров А.Г., Аношкин А.Н., Паньков А.А., Писарев П.В. Акустические резонансные характеристики двух- и трехслойных сотовых звукопоглощающих панелей // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. 2016. № 46. С. 144–159. https://doi.org/10.15593/2224-9982/2016.46.08
  2. Соболев А.Ф., Ушаков В.Г., Филиппова Р.Д. Звукопоглощающие конструкции гомогенного типа для каналов авиационных двигателей // Акуст. журн. 2009. Т. 55. № 6. С. 749‑759.
  3. Дубень А.П., Козубская Т.К., Королёв С.И., Маслов В.П., Миронов А.К., Миронова Д.А., Шахпаронов В.М. Исследование акустического течения в горле резонатора // Акуст. журн. 2012. Т. 58. № 1. С. 80–92.
  4. Mahmud Md.A., Hossain Md.Z., Islam S., Morshed M.M.M. A Comparative Study Between Different Helmholtz Resonator Systems // Acoustique Canadienne. 2016. V. 44. № 4. P. 12–17.
  5. Xu M.B., Selamet A., Kim H. Dual Helmholtz resonator // Appl. Acoust. 2010. V. 71. P. 822–829.
  6. Selamet A., Lee I. Helmholtz resonator with extended neck // J. Acoust. Soc. Am. 2003. V. 113. № 4. P. 1975–1985.
  7. Аношкин А.Н., Захаров А.Г., Городкова Н.А., Чурсин В.А. Расчетно-экспериментальные исследования резонансных многослойных звукопоглощающих конструкций // Вестник ПНИПУ. Механика. 2015. № 1. С. 5–20. https://doi.org/10.15593/perm.mech/2015.1.01
  8. Pisarev P.V., Anoshkin A.N., Pan’kov A.A. Acoustic resonance in the cylindrical two-chamber cell with the elastic permeable membrane // ISJ Theor. and App. Sci. 2016. V. 44. № 12. P. 55–61.
  9. Бакланов В.С., Постнов С.С., Постнова Е.А. Расчет резонансных звукопоглощающих конструкций для современных авиационных двигателей // Матем. моделирование. 2007. Т. 19. № 8. С. 22–30.
  10. Ingard U. On the Theory and Design of Acoustic Resonators // J. Acoust. Soc. Am. 1953. V. 55. № 6. P. 1037–1061. https://doi.org/10.1121/1.1907235
  11. Alster M. Improved calculation of resonant frequencies of Helmholtz resonators // J. Sound Vib. 1972. V. 24. № 1. P. 63–85. https://doi.org/10.1016/0022-460X(72)90123-X
  12. Pisarev P.V., Anoshkin A.N., Pan’kov A.A. Effect of neck geometry of resonance cells on noise reduction efficiency in sound-absorbing structures / Ed. by Fomin V. Perm: AIP Conf. Proceedings. 2016. V. 1770. https://doi.org/10.1063/1.4964061
  13. Selamet A., Radavich P.M., Dickey N.S. and Novak J.M. Circular concentric Helmholtz resonators // J. Acoust. Soc. Am. 1997. V. 101. № 1. P. 41–51.
  14. Selamet A., Dicky N.S., Novak J.M. Theoretical, computational and experimental investigation of Helmholtz resonators with fixed volume: lumped versus distributed analysis // J. Sound Vib. 1995. V. 187. № 2. P. 358–367.
  15. Соболев А.Ф. Повышение эффективности снижения шума в канале с потоком при наличии звукопоглощающих облицовок // Акуст. журн. 1999. Т. 45. № 3. С. 404–414.
  16. Соболев А.Ф., Соловьева Н.М., Филиппова Р.Д. Расширение частотной полосы звукопоглощения облицовок силовых установок самолетов // Акуст. журн. 1995. Т. 41. № 1. С. 146–152.
  17. Соболев А.Ф. Звукопоглощающие конструкции с расширенной полосой затухания для каналов авиационных двигателей // Акуст. журн. 2000. Т. 46. № 4. С. 536–544.
  18. Патент №179829. Российская Федерация, МПК E04B 1/84. Звукопоглощающая сотовая панель / А.Н. Аношкин, А.А. Паньков, П.В. Писарев, Г.С. Шипунов; патентообладатель А.Н. Аношкин, А.А. Паньков, П.В. Писарев, Г.С. Шипунов. 8л. №2017115461; заявл. 09.02.2016; опубл. 25.05.2018; Бюл. № 15.
  19. Патент № 2686915 Российская Федерация, МПК B32B 3/12. Звукопоглощающая сотовая панель / А.А. Паньков, А.Н., Аношкин, П.В. Писарев; патентообладатель А.А. Паньков, А.Н. Аношкин, П.В. Писарев. 8л. № 2017146121; заявл. 26.12.2017; опубл. 06.05.2019; Бюл. № 13.
  20. Патент №2732532 Российская федерация, МПК F02C 7/24, G10K 11/172. Резонансная ячейка для гашения акустических волн / А.А. Паньков, А.Н. Аношкин, П.В. Писарев; патентообладатель ФГБОУ ВО ПНИПУ. 7л. № 2019112286; заявл. 23.04.2019; опубл. 21.09.2020 Бюл. № 27.
  21. Комкин А.И., Миронов М.А., Быков А.И. Поглощение звука резонатором Гельмгольца // Акуст. журн. 2017. Т. 63. № 4. С. 356–363.
  22. Комкин А.И., Быков А.И., Миронов М.А. Инерционная присоединенная длина отверстия при высоких уровнях звукового давления // Акуст. журн. 2018. Т. 64. № 3. С. 296–301.
  23. Комкин А.И., Быков А.И., Миронов М.А. Акустическое сопротивление отверстия при высоких уровнях звукового давления // Акуст. журн. 2018. Т. 64. № 5. С. 562–565.
  24. Bykov A.I., Komkin A.I., Mironov M.A. Nonlinear acoustic impedance of orifices // Proc. of the 25-th Int. Congress on Sound and Vibration. Hiroshima, Japan, 8–12 July 2018. P. 1–7.
  25. Melling T.H. The acoustic impedance of perforates at medium and high sound pressure levels // J. Sound Vib. 1973. V. 29. № 1. P. 1–65.
  26. Scarpato A. Linear and nonlinear analysis of the acoustic response of perforated plates traversed by a bias flow // Ph.D. dissertation, Ecole Centrale Paris, 2014. 178 p.
  27. Руденко О.В., Хирных К.Л. Модель резонатора Гельмгольца для поглощения интенсивного звука // Акуст. журн. 1990. Т. 36. № 3. С. 527–534.
  28. Салливан Дж.У. Моделирование шума выхлопной системы двигателя // Аэродинамический шум в технике: Пер. с англ. М.: Мир, 1983. С. 233–256.
  29. Терехин А.С. Влияние уровня звукового давления на акустическую эффективность глушителей шума // Труды МВТУ. Вып. 273. М.: Изд-во МВТУ, 1978. С. 68–80.
  30. Эпштейн В.Л., Руденко А.Н., Жемуранов А.П. Нелинейное акустическое сопротивление отверстия // Авиационная акустика. Труды ЦАГИ. Вып. 1806. М.: Изд-во ЦАГИ, 1976. С. 74–70.
  31. Bennetta G., Stephens D.B. Resonant mode characterisation of a cylindrical Helmholtz cavity excited by a shear layer // J. Acoust. Soc. Am. 2017. V. 141. № 1. P. 7–18.
  32. Meissner M. Absorption Properties of Helmholtz Resonator at High Amplitude Incident Sound // Acta Acustica united with Acustica. 2000. V. 86. № 11. P. 985–991.
  33. Wu J., Rudnick I. Measurements of the nonlinear tuning curves of Helmholtz resonators // J. Acoust. Soc. Am. 1986. V. 80. № 5. P. 1419–1422.
  34. Быков А.И. Исследование акустических характеристик резонаторов Гельмгольца в системах снижения шума: дис. канд. техн. наук. М., 2021. 156 с.
  35. Пальчиковский В.В., Кустов О.Ю., Черепанов И.Е., Храмцов И.В. Сравнительные исследования определения акустических характеристик образцов ЗПК в интерферометрах с разным диаметром поперечного сечения канала // Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации. 2017. Т. 1. С. 188–193.
  36. Elnady T., Bodén H. On the modeling of the acoustic impedance of perforates with flow // AIAA Paper. 2003. № 2003–3304.
  37. Yu J., Ruiz M., Kwan H.W. Validation of Goodrich perforate liner impedance model using NASA Langley test data // AIAA Paper. 2008. № 2008–2930.
  38. Мунин А.Г., Кузнецов В.М., Леонтьев В.Е. Аэродинамические источники шума. М.: Машиностроение, 1981. 248 с.
  39. Crandall I. Theory of vibrating systems and sound. New York: D. Van Nostrand & Co. Inc., 1927. 272 c.
  40. Pisarev P.V., Anoshkin A.N. and Merzlyakova N.A. Manufacturing sound-absorbing structures by 3d-printing / Ed by Vorozhtsov A. Tomsk: MATEC Web Conf. 2018. V. 243. https://doi.org/10.1051/matecconf/201824300026

Supplementary files


Copyright (c) 2023 П.В. Писарев, А.А. Паньков, А.Н. Аношкин, К.А. Ахунзянова

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies