ОСОБЛИВОСТІ ГЕНЕРАЦІЇ BVI-ШУМУ ПРИ ПОСАДЦІ ГЕЛІКОПТЕРА ПОДІБНО ЛІТАКУ

П. В. Лук’янов

П. В. Лук’янов Національна академія наук України, Інститут гідромеханіки

Ключові слова: генерація BVI- шуму, вібрації, посадка по типу літака, флатер лопаті

Анотація

Наведений у даній роботі аналіз наявних на сьогодні досліджень з активного контролю лопатей гелікоптера свідчить про те, що проблема зниження шуму гелікоптера залишається актуальною. Причина полягає у тому, що активний контроль лопаті дозволяє знизити вібрації, але при цьому BVI- шум дещо зростає, оскільки вони взаємопов’язані. Одним із шляхів зниження шуму лопаті є модифікація форми лопаті ротора гелікоптера вздовж за розмахом. В даній роботі поставлено та чисельно розв’язано задачу генерації BVI-шуму sin-sin лопаттю «Blue-edge» типу для режиму посадки гелікоптера подібно літаку. Загальна задача розділяється на дві частини: 1) розрахунок аеродинамічних параметрів течії навколо лопаті ротора гелікоптера; 2) розв’язання задачі аероакустики з використанням наявних даних аеродинамічних параметрів течії. Аеродинамічна задача складається з відомого рівняння руху у формі Ейлера та рівняння нерозривності течії. Акустична задача містить у собі виведену раніше автором систему рівнянь аероакустики для загального випадку. Виконано розрахунок характеристик ближнього та дальнього звукових полів на підставі розробленого автором чисельно-аналітичного підходу. Розглянутий діапазон чисел Маху показав підвищений у порівнянні з діапазоном рівень шуму, що генерується. Зокрема, були підмічені локальні зони концентрації акустичного шуму, що трансформуються у вібрації, при цьому відбувається концентрація енергії у локальних зонах лопаті: у них амплітуди у 10–20 разів перебільшують амплітуди решти фонового шуму лопаті. У роботі вказано на причини такої трансформації: енергія потоку, що набігає на лопать, при взаємодії з лопаттю може генерувати або шум аеродинамічного походження, або трансформуватись у вібрації. Чисельний розрахунок частотного спектру виявив активацію ряду гармонік при малих кутах атаки та малих згинах лопаті. Розв’язання задачі в межах моделі аероакустики для малих чисел Маху дозволило виявити локальні зони зародження вібрацій. Поява вібрацій у польоті на понижених швидкостях, наприклад під час посадки гелікоптера по типу літака, призводить до вкрай небажаного явища – флатера лопаті, якого треба уникати.

Посилання

1. Chen Peter C., Barder James D., Evens Robert A. D., Niemczuk John. Blade-vortex interaction noise reduction with active twist smart rotor technology. Smart Materials and Structures. 2001. Vol. 10, N 1. Р. 77–85.
2. Booth Earl R., Wilbur Jr. Matthew L. Acoustic Aspects of Active-twist Rotor control. American Helicopter Society 58-th Annual Forum, Montreal, Canada, June 11–14, 2002. Montreal, 2002. Р. 15.
3. Booth E. R., Wilbur M. L. Acoustics Aspects of Active-Twist Rotor Control. Journal of American Helicopter Society. 2004. Vol. 49, N 1. P. 3–10.
4. Thankkar Dipali, Garguli Ranjan. Active twist control of smart helicopter Rotor – a survey. Journal of aerospace science and technologies. 2005. Vol. 57, N 4. P. 20.
5. Patt Df., Liu L., Friedmann P. P. Rotocraft Vibration Reduction and Noise Prediction Using a Unified Aeroalastic Response Simulation. Journal of the American Helicopter Society. 2005. P. 95–106.
6. Patt Daniel, Liu Li, Friedmann Peterz P.. Helicopter Noise reduction by actively Controlled Flaps. 11-th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference, Monterey, California, May 23–25, 2005.
7. Hofinger M., Leconte P. Development of an active flap rotor model. 6-th ONERA-DLR aerospace Symposium. Berlin, June 22–23, 2004. P. 14.
8. Kessler Ch. Paper 045-I. Active Rotor Control for Helicopters: Motivation and Survey on Higher Harmonic Control. CEAS Aeronautical Journal. 2011. Vol. 1, N 1–4. P. 3–22.
9. Kessler Ch. Paper 045-II. Active Rotor Control for Helicopters: individual blade control and swashplateless rotocraft designs. CEAS Aeronautical Journal. 2011. Vol. 1, N 1–4. P. 23–54.
10. Le Pape A., Lienard G., Bally J. Active Flow Control for Helicopters. Journal Aerospace Lab. 2013. Issue 6. P. 12.
11. Straub Fr., Anand V. R., Birchette Terry. SMART Rotor Development and Win-Tunnel Test. 50th Europian Rotocraft Forum, Hamburg, Germany, Sept. 22–23, 2009. Hamburg, 2009. P. 56.
12. Thornburgh Robert P., Kreshock Andrew R., Wilbu Mattew L., Sekula Martin K., Shen Jinwei. Continuous Trailin-Edge Flaps for Primary Flight Control of a Helicopter Main Rotor. AHS 70-th Annual Forum. Montreal, Quebec, Canada, May 20–22, 2014. Montreal, Quebec, 2014. P. 13.
13. Marques Pascual. A Review of Active Blade Twist Technology: Part I – Actuation Concepts. International Journal of Unmanned Systems Engineering. 2014. Vol. 2, N 2. P. 16–25.
14. NASA, DLR, ONERA, JAXA. Status Report. Helicopter Noise Reduction Technology. 2015. 56 p.
15. Saetti Umberto, Horn Joseph F., Brentner Kenneth, Vilafana Willca, Wachspress Dan. Rotocraft Simulations with Coupled Flight Dyanamics, Free Wake and Acoustics. AHS Journal. 2016. P. 1–12.
16. Zhao Yanyu, Shi Yongjie, Xu Guohua. Helicopter Blade-Vortex Interaction Airload and Noise Prediction Using Coupling CFD/VWM Method. Applied Sciences. 2017. 7, 381. 20 p.
17. Yang Lu, Jianbo Fong. A time-Domain Active Vibration Control Algorithm For Helicopter Based on Prior Error Channel Identification Strategy. Hindawi Shock and Vibration. 2018. Vol. 2018. doi: http://doi.org//10.1155/2018/2870896.
18. Лукьянов П. В. Об одной модели аэроакустики вязкого сжимаемого газа. Часть І. Анализ существующих моделей, вывод разрешающей системы уравнений. Акустичний вісник. 2013–2014. Т. 16, № 2. C. 18–30. URI: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/116200.
19. Лукьянов П. В. Об одной модели аэроакустики вязкого сжимаемого газа. Часть II. Шум близкого взаимодействия вихря и лопасти вертолёта. Акустичний вісник. 2013–2014. Т. 16, № 3. C. 31–40. URI: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/116219.
20. Лукьянов П. В. Моделирование BVI-шума двулопастного ротора вертолёта. Акустичний вісник. 2015. Т. 17, № 1. C. 48–60. URI: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/116236.
21. Лукьянов П. В. Влияние закругления конца лопасти на шум взаимодействия вихрь-лопасть. Акустичний вісник. 2015. Т. 17, № 2. C. 23–37. URI: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/ 123456789/116240.
22. Лукьянов П. В. Снижение BVI-шума ротора вертолёта с помощью лопасти с двойным изгибом. Вісник Черкаського університету. Серія: Прикладна математика. Інформатика. 2017. № 1–2. С. 50–64.
23. Лукьянов П. В. Об одном численно-аналитическом подходе к решению задачи генерации звука тонким крылом. Часть ІI. Схема применения для нестационарных задач. Акустичний вісник. 2012. Т. 15, № 3. C. 45–52. URI: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/116180.