Вертолёт, 2005 № 01

Акустический интерферометр

Шум — один из наиболее распространенных факторов, негативно влияющих не только на здоровье и работоспособность человека, но и на экологическую обстановку в целом. Проблема шумового загрязнения окружающего пространства актуальна при эксплуатации различных летательных аппаратов с мощными силовыми и энергетическими установками, генерирующими шумы в широком диапазоне частот с высокой интенсивностью. В предлагаемой вниманию читателей статье рассматривается один из методов определения характеристик звукопоглощающих материалов, применение которых позволит эффективно снизить уровень шума в салоне вертолета.

Качественное решение проблемы во многом зависит от получения необходимой информации о параметрах акустических полей источников шума и разработки мероприятий по снижению их акустических пульсаций. Борьба с вредным воздействием шумов проводится, как правило, по трем направлениям:

— уменьшение параметров шума в источнике;

— снижение интенсивности шума средствами звукоизоляции и звукопоглощения;

— уменьшение вредного воздействия шума с помощью средств защиты.

Уменьшение параметров шума в его источнике не всегда целесообразно и возможно, так как в большинстве случаев приводит к необходимости конструктивных изменений не только «шумного» агрегата или узла, но и всего ряда техники, где он устанавливается. Поэтому более приемлемым методом борьбы с шумом является использование средств звукоизоляции и звукопоглощения. Их действие основано на создании препятствия по пути распространения звуковых волн, отделяющего шумную среду от менее шумной. В частности, действие звукопоглощающих облицовок основано на переходе звуковой энергии в тепловую за счет трения в порах звукопоглощающего материала. Основными показателями звукопоглощающих облицовок являются нормальный коэффициент звукопоглощения а и нормальный импеданс Z.

Определять звукопоглощающие свойства материалов можно с помощью реверберационной и заглушенной камер, однако это достаточно дорого и трудоемко. Предпочтительнее использовать для этого акустический интерферометр (рис. 1), разработанный в НИАЛ им. Фигурова при Казанском высшем артиллерийском командном училище в соответствии с ГОСТ 16297-80 «Материалы звукоизоляционные и звукопоглощающие. Методы испытаний». Прибор предназначен для определения нормального коэффициента звукопоглощения и импеданса (комплексного сопротивления) образцов звукопоглощающих материалов и изделий площадью до 0,0082 м² — . На образцы материалов воздействует плоская стоячая звуковая волна, измерение уровней звукового давления которой в отраженном виде позволяет определить звукопоглощающие свойства. Исследования проводятся в воздушной среде на среднегеометрических частотах треть-октавных полос в диапазоне от 100 до 2000 Гц.

Труба интерферометра имеет следующие параметры: диаметр D=0,1 м, длина при установке круглой обоймы 1=1,0 м, при установке квадратной обоймы 1=1,02 м. Диаметр определяет верхний предел частотного диапазона допустимых измерений, длина — нижний.

На интерферометре определяются величины напряжений на выходе микрофонного усилителя, регистрируемые электронным вольтметром и соответствующие первым максимуму и минимуму уровня звукового давления в трубе интерферометра, а также расстояние с первого минимума d5 см, от лицевой поверхности образца.

Рис. 1. Блок-схема интерферометра

1 — прижимной поршень; 2 — обойма; 3 — испытуемый образец; 4 — труба; 5 — микрофонный щуп; 6 — направляющая микрофонного щупа; 7 — громкоговоритель; 8 — защитный короб громкоговорителя; 9 — направляющая рейка; 10 — указатель отсчета; 11 — резиновая диафрагма; 12 — измерительный микрофон; 13 — микрофонная тележка; 14 — электронно-счетный частотомер; 15 — низкочастотный генератор; 16 — электронный вольтметр; 17 — акустический фильтр; 18 — микрофонный усилитель

Рис. 2. Коэффициенты звукопоглощения материала Optima

Рис. 3. Коэффициенты звукопоглощения композиции пористо-волокнистых материалов толщиной 0,02 м и 0,025 м

Рис. 4. Коэффициенты звукопоглощения композиции из пористо-волокнистых материалов с воздушным зазором

На интерферометре проведены исследования свыше 30 типов материалов, широко используемых в качестве декоративных и звукопоглощающих покрытий. Для снижения шума в частотном диапазоне от 100 до 2000 Гц наиболее предпочтительным оказался материал из минераловолокна Optima, значения коэффициентов звукопоглощения которого в треть-октавных полосах частот представлены на рис. 2.

Увеличение толщины материала (в 2 и более раз) позволило на 0,1–0,3 увеличить коэффициент звукопоглощения в частотном диапазоне от 315 до 630 Гц. Использование композиции материалов по типу «сэндвич» также улучшило звукопоглощающую способность материала. Создание воздушного зазора между материалом и поршнем способствовало увеличению на 0,02-0,1 коэффициента звукопоглощения практически на всем частотном диапазоне.

При наличии информации об источнике генерируемого шума с использованием разработанного акустического интерферометра можно рекомендовать приемлемый материал (композицию материалов) с необходимым коэффициентом звукопоглощения.

Исследования амплитудно-частотных характеристик источников шума на легких и средних вертолетах («Ансат» и Ми-8МТВ1) показали, что наибольший «вклад» в создание акустического поля в салоне вносят силовая установка и главный редуктор. Они генерируют шум с превышением предельно допустимых значений: в низкочастотном диапазоне — до 80-350 Гц, в высокочастотном — до 2000 Гц. Для снижения уровня шума внутри салона вертолета можно использовать пористо-волокнистые материалы из минеральных, базальтовых и стеклянных волокон, имеющие достаточно высокий коэффициент звукопоглощения в генерируемом источниками диапазоне частот. В качестве примера на рис. 3 представлены значения коэффициента звукопоглощения на среднегеометрических частотах треть-октавных полос конструкции, состоящей из пористо-волокнистых материалов толщиной 0,02 м (внутренняя облицовка) и 0,025 м (внешняя обшивка).

Использование этой же конструкции, но с воздушным зазором 30 мм, увеличивает коэффициент звукопоглощения в диапазоне среднегеометрических значений третьоктавных полос частот 200–630 Гц (рис. 4).

При отделке салона вертолета соответствующим звукопоглощающим материалом или композицией материалов по типу «сэндвич» можно добиться снижения до 9-10 дБ уровней звуковых давлений, создаваемых главным редуктором и силовой установкой.

Евгений БЕЛОВ, д-р техн. наук доцент, Евгений КАРПОВ, адъюнкт

М Н Е Н И Е