RU10388U1 - Система активного управления шумом газотурбинных двигателей - Google Patents

Abstract

Система активного управления шумом газотурбинного двигателя в дальнем поле, включающая измерительный канал шума, выполненный из первой и второй измерительных решеток приемников звукового давления, установленных на входе и выходе вентиляторного тракта двигателя, исполнительные элементы, содержащие группу управляемых излучателей вторичного шума, установленные между первой и второй измерительными решетками приемников звукового давления на внутренней цилиндрической поверхности двигателя, и устройство управления шумом исполнительных элементов, включающее цифровую вычислительную машину (ЦВМ), связанные с ее первым и вторым входами первый и второй блоки полосовых фильтров, первый и второй аналого-цифровые преобразователи (НЦП), подключенные к соответствующим входам первого и второго блоков полосовых фильтров, а выход первого блока полосовых фильтров связан также с входом фазоинвертора, подключенного к последовательно соединенным блоку временной задержки, усилителю мощности, при этом входы первого и второго АЦП подключены к выходам первой и второй измерительных решеток приемников звукового давления соответственно, а первый и второй выходы ЦВМ подключены ко вторым входам усилителя мощности и блока временной задержки, отличающаяся тем, что в нее введены дополнительный измерительный канал шума и дополнительные исполнительные элементы, установленные в сопловом тракте двигателя, датчик перемещения ручки управления двигателем, автомат включения системы по параметрам двигателя, скорости, высоты ЛА, выходы которых связаны с третьим и четвертым входами ЦВМ, подключенный к пятому входу ЦВМ блок управлени�

Description

9 /;2/2 /

СИСТЕМА АКТИВНОГО У1ШАВ1ШШ

Изобретение относится к области авиационной-техники в частности к системам управления уровнем шума турбовентиляторных двигателей (ТВД) и предаазначено для установки на пассажирские и транспортные летательные аппараты (ЛА).

Известен метод активного управления шумом, использоваьшый при создании летного шлемофона фирмы б . Метод основа1{на эффекте снижения шума с помошью антишума. Технология борьбы с шумом, с нестацио-нарностью типа пульсаций скорости или давления такова, что подаются возмущения определенной длины волны в протквофазе основнощ источнику и тем самьш снижается амплитуда возщщений.

i, f/

f02C даГГАТЕЯЕЙ -pftBOf 5 РШ Ш«1Г:-Т

|)ечи. Система работает в диапазоне частот от 30 до , снижение шума составляет л 10 дБ. В летных испытаниях удалось снизить на 16 .дБ по сравнению с щмом стандартного головного телефона и на 25.дБ уменьшить шум на критической и средней частоте.

Образец заключен в коробскку размером 178к76х51 мм, которая кладется в кнрман летнего костюма, работает система от 2-х 9-ваттных батареек, продожительность работы которых 4 часа. Электронный блок может быть размещен в цилиндре 76 км.

О.днако заглушаемое пространство ограничено размером коробки шлемофона и местная борьба с шумом не может быть распространено на дальние поля.

Известен активный (интерференционный) способ шумоглужения в судостроении L 1 .В месте, где наиболее желательно ослабить шум, устанавливают микрофон, сигнал от которого усиливается и излучается в протЕ-вофазе в то же самое помещение, образуются зоны ослабления шума. Подбором места расположения излучающего .динамика ипигруппы излучателейдинамиков можно добиться того, что о.дна из этих зон нахо.дилась в требуемой части помещения, например, в районе головы постоянного оператора. В других местах при этом может наблюдаться более или менее заметное усиление шуш. Для уменьшения числа таких мест, а также для более равномерного фазирования звука заднюю часть динашка излучателя заключают в герметическую коробку, внутри которой находится звукопоглощающий материал. Этим способом можно добиться уменьшения шума в точках пространства на величину 10-12 дБ. Практически заметный акустический эффект появляется на низких частотах, до 200-300 Гц, где длины волш., а следовательно, и размеры интерференционных зон достаточно велики.

О.днако уменьшение уровня шума заглушаемого пространства прЬисходит в ограниченных пределах.

Известна система активного управления шумом (САУШ) в салоне самолета, разработанная фирмой Топэкспресс . Система мо,1 ульная, количество микрофонов и вторичных источников шумойзлучате лей зависит от размера самолета (обычно от 32 до 24 для 50-местного самолета). , ,Сигналы or 32 микрофонных усилителей о регз лйруемым усилением проходят через противосмесительные фильтры и поступают в аналого-цифровые преобразователи; выходные сигналы считываются и передаются через цифровой интерфейс на цульт контроллера, встроенного в SBM (ПЭВМ). Через контроллер микрофонные сигналы попадают на каждый из 16 подчиненных модулей, затем через восстановительные фильтры и усилители мощности возбуждают кааднй из 16 излучателей. Кроме того контроллер действует как приемник, и передатчик сигналов, с его помощью осуществляется управление микрофонными сигналами в процессе их прохождения, а также управление действияш подчиненных мо.дулей через .двустороннюю связь. Такая схема позволяет вьшолнять общее управление всеш составляющими системы и контролировать внутреннее состояние системы управления в любой момент времени, автоматически накапливать и выводить данные с помощью двух встроенных накопителей на гибких .дисках. Громкоговорители-излучатели размещались в закрытых-ящиках объемом 0,01 м с основной частотой механического резонанса / 80 гц , Использовались микрофоны с ле1с:гретными капсюлями, закрепленными на алюминиевых державках .диаметром 6,25 мм, точность калибровки + I дБ, Восемь излучателей размещались на полу перед креслами и восемь-на верхней багажной полке. Микрофоны устанаваливабь на внещней стороне подголовников кресел ближе к борту и на внутренней стороне,ближе к середине ряда на высоте 1,1 м от пола (на уровне головы си.дящего пассажира); четыре кшкрофона укреплялись на передней перегородке кабины на таком же расстоянии по ширине кабины и высоте, как и на креслах. Измерялось первоначальное, в различных положениях микрофона (32 положения), поле давления, образуемое правым и левым винтом при другой скорости вращения второго двигателя. Чтобы убедаться в том, что записаны только составлящие шума от представляющего интерес винта, микрофонные Сигналы пропускаются через узкополосные фильтры. Исхо.дным сигналом, регулирущим сигналы, и.дущие к излучателям, импульс одаого оборота винта. Система управления способна одновременно регулировать до рех гармоник частоты прохождения лопасти. ли

Степень эффективности системы активного :управления шумом (САЗТП)

опредалась снижением пространственно усредненнок5з ровня звукового давления. Снижение щума составило II-I4 .дБ на частоте прохождения лопасти, 5-7 .дБ на второй гармонике и 4-5 на третьей гармонике с точностью +1 дБ, За пределаш управляемого звукового поля наблюдается быстрое пространственное изменение уровня звукового .давления в масштабе, значительно меньше .длины звуковой волны.

Проводилось картографирование звукового поля в салоне самолета. Измеряемый микрофонами остаточный шум служил для опре.деления общего достигнутого снижения. Оптимальным размещением издц чателей достигается компромисс в снижении низко- и высокочастотных составляющих шума. Акустическая среда в салоне исследуется путем измерения передаточной функции между рядом излучателей и ря.дом шкрофонов, расставленных по салону. Так как микрофонов намного больше, чем излучателей то измерение передаточной функп и и нежелательного шума позволяет не только полностью предсказать необходимые характеристики САУШ, но и выбрать количество и места размещения излучателей,

Общая масса САУШ, включающей распределенные усилители мощности для излучателей с ре.дкоземельными магнитными материалами, не превышает 20 кг. Суммарная звуковая мощность .для 50.-местного самолета составляет 30 Вт,

О.днако действие системы управления щумом ограничено пределами салона самолета и не распространяется на открытие пространства аэропортов. Известна САУШ с адантивньм многомерным управлением вторичного шума ТРДД (прототип).

Двигатель )-1 со степенью .двухконтурности 2,7 имеет на первоц ступени компрессора высокого давления 28 лопаток и 16 лопаток направляющего аппарата, входного отверстия 0,53 м, /t 16000об/шн. Результаты получены .для fl 5250 об/мин, скорость У 42,5 м/с, М ж 0,12, когда первый тон в тракте 2450 ,вторые-4900 Гц (две гармоники, основная (роторная) частота ксмшрессора Гц,

Образцовые (эталонные) датчики давления выдают когереигные сйгйалы, которые поступают в адаптивные фильтры (класс компенсаторов) для получения сизтналов управления. Ошибки (рассогласование) датчиков, размещенных в поле канала ТРДД реализуются как результат гашения шума в звуковом поле. Адаптивный алгоритм с весовыми функциями, реалиеованный в многомерном контроллере (ЦВМ) управляет сигналами образцовых датчиков давления и сигналами ошибок, чтобы ошибки датчиков миш мизировались. Это связано с тем, что управление двигателем по скорости характеризуется флюктуациями и зависит от уровня щума (звука)

Акустические источники шума-излучатели для управления выполнены как электрОйагнитные агрегаты. 12 источников расположены на алюминиевом кольце по цилиндрической части с учетом гибкости управления многомерными модаш, управлением амплитуда и фазы,Агрегаты выполнены на основе ре.дкоземельных магнитов из нео.дим-кобальт-железных сплавов, имеют дисргруз.ори электрическую обмотку R 8 Ом, размер

S 4,5 см, весом 257 г, полоса частот от 2 до 4 Kitt.

САЗТВ включает приемники звукового давления невозмущенного потока микрофон, сигналы которых пропускаются через блок адаптивных фильтров, выделяющих когерентные сигналы для получения сигналов управления шумом и приемники звукового давления - рассогласования (ошибок) для измерения результирующего щума. Кроме того в состав САУШ входят источники вторичного шума-излучатели - (драйверы) и контроллер (1ЩМ), определяющий коэффициенты адаптивных фильтров, время задержки Тсе Коэффициенты усиления излучателей. Используются полосовые фильтры с частотой щ 3150 Гц и 48 .дБ/октаву.

Используются в контроллере эффекты управления с отрицательной обратной связью, что важно для обеспечения устойчивости системы.

Приемники звукового давления канала рассогласования измеряют результат общего шума двигателя и вторичных источников шума Сигналы этих датчиков преобразуются в контроллере алгоритмами-компенсаторами коэффициентов фильтров.

Акинетические датчики давления микрофоны (12 штук) размещены по окружности корпуса двигателя на равном сегментедруг от друга на фиксированных осевых расстояниях (по цилиндру сопла).

Измерительные микрофоны фирмы Ь JC установлены в звуковом поле на расстоянии 1,7лот входа в компрессор. Сигналы р; подавались на 12-канальный спектроанализатор.

Однако данная система САУШ характеризуется высоким уровнем направленности микрофонов,по СЛОЖНОСТИ их размещения на двигателЕ (трудаости многомерности) и неустойчивостью характеристик шумоглушения; требуются очень высокие уровни вторичного шума, недостаточнсжя: ко аактность системы. Указанная система не может разделять шумы компрессора и струи сопла и поэтому не может качественно глушить раздельно данные щмы.

Задачей разработки полезной модели является снитание уровня шуp./ia вентиляторного канала, турбины, струи выходного сопла в низкочастотном диапазоне (500-2500 Гц) в дальнем поле (аэродрома) на режимах взлета и поса.дки. Для достижения поставленной задачи в систещ активного управления шумом турбовентиляторного двигателя в дальнем поле, включающ йэизмерительный канал шума, вьшолненный из первой и второй измерительных решеток приемников звукового давления на входе Е выходе вентиляторного тракта двигателя, исполнительные элементы, содержащие группу управляемых излучателей вторичного шума, установленных между первой и второй измерительными решетками приемников звукового давления на внутренней цилиндрической поверхности двигателя и устройство управления шумом исполнительных элементов, включащее цифровую вычислительную машину, связанные с ее первым и вторым входами первый и второй блоки полосовых фильтров, первый и второй аналого-цифровы преобразователи,по.дключенныЕ к входам блоков полосовых фильтров, соответственно, а выход первого блока полосовых фильтров связан также с входом фазоинвертора, подалюченного к последовательно связанным блоку временной задержки и усилителю мощности, при этом входы первого и второго АЦП подключены к вш:одам o первой и второй измерительных решеток приемников звукового давления, соответственно, а первый и второй выходы ЦВМ подключены ко вторыгл входам усилителя МОЩНОСТИ через цифро налоговый преобразователь и блоке временной задержки. Согласно изобретению, в сйстещ введены дополнительные измерительные каналы шума и дополнительные исполнительные элементы, установленные в сопловом тракте двигателя, -датчик перемещешя ручки управления двигателя, автомат включения системы по параметрам чWC-AO ,. скорости, высотам, выходы которых связаны с третьим PI четвертым входаш ЦВМ, подалюченнуй к пятому вхо.ду ЦВМ блок управлешш диаграммой направленности и очередностью включения исполнительных элементов вентиляторного и соплового трактов, выполненн Ш) в виде Г;з двухуровневого глногоканального коррелятора с преобразованием Гильберта, первый, второй, третий и четвертый входа которого по.дключены к соответствующей второй группе выходов первого и второго АЦП, а вторая группа входов первого, и второго АЦП подключены к выходам дополнительного измерительного канала шуш соплового тракта. При этом, в измерительный канал шума вентиляторного и соплового трактов введены дополнительные измерительные решетки приемников звукового давления, установленные на заданном расстоянии относительно первой и второй измерительных решеток, обЁС((Ш1ространственную систему измерений для определения направления излучения источников звука .двигателя, второй выход усилителя мощности по.дключен к вхо.ду дополнительных исполнительных элементов. Одаим.из эффективных методов борьбы на местности с щумом в выхлопны канал«1)с сопл|1 и компрессору ТРД является снижение шума в самом источнике. Снижение шума активными методами заключается в создан15И с помощью дополнительных источшшов . звука..вторичного акустического поля, наложения которого на исходг-юе привода т к существенно снижению щума в дальнем поле. Основными источникаш шума для ТРД является реактивная струя и воздухозаборник, фиг. 1-9,ю. Для даухконтурного ТРД (1РДД) с ( 7выхлопа вентилятора, а также шум системы выхлопа внутреннего контура.

Шум реактивной струи определяет акустику двигателей класса ТРД или ТРДД с низкой степенью двухконтурности.

На фиг, 1,2,3 приведена общая блок-схема САУШ;

На фИг, 2 - представлены поперечные сечения двигателя в местах установки измерительных элементов;

На фиг.З - коррелятор (блок-схема);

На фиг. 4 - показано объемное размещение первичных приеглников звукового давления - микрофонов г/ . на внутренних цилиндрических поверхностях аэродинашческих трактов (воз.духозаборника и coплajв прямоугольной систегле координат;

На - показаны параметры распространения волны давления с учетом нео.днородности слоев по времени, по у г лов ому;.движению и Ш нейному перемещению;

На фиг.6 приведена геометрические соотношения расположения излучателей, приемников звукового давления пульсаций скорости в функцрш угла 6 ; 9 - сектор приемника (датчика), 9т - пустая поверхность;

На фиг.7 показан порядок включения приемников звукового давления и излз чателей вторичного шума в функции угловой скорости О. потока (сдаиг фаз);

На фиг,8 показано размещение излучателей вторичного щума на внутренней .дрической поверхности в функции угла ;

На фиг,- .,..9,10 изображены диаграшлы направленности щума ТРДД

На фиг, II показана характеристика спектра пульсаций звукового давления ТРДД.

На фиг, I изображены

1- Двухконтурный турбореактивный двигатель (ТРДЦ),

2- Блок активного управления шумом исполнительных элементов 3,10 - Первый и второй аналого-цифровые преобразователи (АЩ) 4,9 - Первый и второй блоки полосовых фильтров (1/3 октавных) 5 - Цифровая вычислительная маш1 на (ЦВМ), в и 6- ус алителъ мощности; 7- блок: временной задеряши; 8- фазоинвертор (фазовращатель); 11- датчик перемещения ручки управления двигателем (КТД) 12- щюро-аналоговой преобразователь (ЦАП) 13,14 и 16,17, затем. - первая и вторая измерительные решвтки прием18,19 и 21,22 НИКОВ звукового давления - микрофоньцустановленные вентиляторном и сопловом трактах 15,22 - источники вторичного щума, установленные в вентиляторном сопловом трактах 23 - много канальный коррелятор 24 - вычислитель преобразования Кздьберта 25.28- умножитель 26.29- инл ерротгор 27 - сумматор 26 - автомат включения систеглы. Первые решетки приемников давлений - шкрослонов канала 13,14 последовательно соеданены через первьш вход первого Щ1-10, первый блок полосовых фильтров 9, фазоинвертор 8, с первым входом блока 7 временной задержки; к пар-с,/гу :.;хс;у усилителе мощности 6 первым выходом связаш т-о с рещеткой излучателем вторичного шума 15, установленных в контуре вентилятора, а решетка приемников давленрш-микрофонов 16,17 измерительного тракта последовательно соединены через второй блок Щ1-3 со вторым блоком 4 полосовых фильтров, с первым входом ЦВМ-5, первый выход которой через ЦАП-12 связан с первым входом усиш-зтеля мощности 6, второй выход ЦВМ связан со вторьм входом блока временной задерлши 7, второй вход ЦВМ-5 связан с выходом первого блока полосовых фильтров 9, связаьшого также со входом фазоинвертора 8 Третий вход ЦВМ связан с датчиком перемещения Р37Г-12, четвертый вход - с автоматом включения 28, пятый вход - с выходом, многоканального коррелятора 23; дополнительно введенные решетки термостойких приемников давлений-микро фонов 21,22, установленные в сопле выхо.яного контура ТРД, соединены со вторыми входами первого АЩ1-3, дополнительные термостойкие излучатели вторичного шума 20, также установленные в сопле за турбиной выходного контура ТРД, соединены со вторым выходом усилителя мощности б, решетки термостойких приемников давление-микрофонов 18,19, установленнык в сопле за турбиной ТРД, соединены со вторыми входами первого , первый и второй входы глногокана.льного коррелятора 23 соединены соответственно со вторыми выходаьчи первого и второго АЦП-Ю и 3 блока.з Eiizc givi i ::-го оло::п .юдэейгь:;;: ::. П.

Система работает следующим образом. Принцип активного управления шумом основан на подавлении шума излучаемого первичным источником, путем создания с помощью дополнительных источников звука вторичного акустического поля, амплитуды которого противоположны по знаку первичному, и наложение которого на исходное приводит к существенно снижению щма

Распространение акустических волн для аэродинамических источников звука дается уравнением 5 ,

ifЛп

V Р Г ГДЕ: у набла , ОПЕРАТОР ГАМИНЮТОНА ,

S tгдер - акустическое давление, с- скорость звука,

Ниже дано решение уравнения распространения акустических волн в цилиндрической трубе

Р (2,6,2,-)A«j ,

Pyvtj- давление в точках поля

- радиальное измерение (изменение .-зл время tj

Z- осевое измерение

&- угловое измерение ,j - еобственное значение для ДУМ - амплитуда гармоники

ICmj волновое число Ы/ гармоники

- угловая частота

I - V

К - волновое число, А . Собственное значение находятся при решении уравнения (корней)

при условии: я J О; (для неоднородного

Порядок вращащейся моды для лопаток ротора и направлящего аппарата определяется по формуле

К1 ll Н d V

Ь - порядок моды для лопаток ротора ,

где h - число гармоник ( И. I для лопаток); N - число лопаток ротора; 1с - положительное число; число лопаток направляющего аппарата.

Если источник 111ума-ГА| оншеееди то круговая скорость определяется в соответствии с формулой

/л tiWC

vle) ,

где h - порядок вращающейся моды,гннерируемой струей.

Считаем, что круговая скорость больше осевой /(.2у. Так же допускаем, что точек измерения по Z много меньше, чем длина волны гармоники /Iz . Каждое местоположения излучателя вторичного щума моделируют как 4 волны скорости потока на внутренней поверхности цилиндра; колебание с круговой частотой f , Излучатали расположены друг напротив друга, под углом 90° (ректагулярное), за один цикл работы (период) если сегмент открытый, то 0 -закрытый. Расположение излучателей вторичного П1ума по длине (скорости) потока

пограничного слоя) гармонических составляющих - :рмс: ;. о д Для простоты , что амплитуды скоростей в каждой точкл граничены, фаза j случайная i сохраняется в открытых точках на выхое измеряемых зон Гармоника струи определяется как ( О где - скорость потока Л t - амплитуда пульсаций Для упрощения выражения амплитуды выбираются постоянныш. Из анализа Фурье ашзштуда пульсаций дана выражением: /IV / /W 22frJ /Vy i2fr --e Ye e 2.rr / Рассматривается линейное изменение Фазы 419) фJ - Z /2y-/; / д ( «/ / Волны генерируются круговыми установленными излучателями вторичного щма вперед и назад в осевом направлении. Уравнение распространения давления волны при неоднородном расположений границ и изменение по времени будет в виде где /с , ) - порядок мода вращения, для неоднородных слоев (границ) 2- 5 ; , и и VV Д L, Lg, где la/y - осевая функция зависимости скорости при граничных значениях слоя потока где LI, LJ,- граничные значения элементарного слоя потока - фаза J за период равна М. где 1Д, f С т Велиад V

где flQ, - скорость в нкции от угла сектора, Z длинна по оси двигателя,- : только для -fZ , Д Ой/- - Акустйческая энергия пульсаций заключена в величине давлений звукового уровня в цилиндрической трубе,фиг.II, Измерение амплитуд давлений производится с помощью приемников звуковог© давления-микрофонов, установленных в аэро.динамическом тракте. Электрическая мощность излучателей вторичного шума системы САУШ определяется частотой колебаний звука. Так для ф ТРД 1,5 м, У 330 щ, И1 5 /s 600 Гц действующая мода 150 дВз:г: т:;;:; 1 давлении

звукового уровня.

Амплитуда источника излучения j -гармоники определяется но формуле:

Лы.

2.1гrг 1 ,СО

L Ч) скорость моды составляющей скорости, плотность потока, скорость звука, порядаовый номер на круговой скорости за период определится да/ fv/, е УУ /,/z}afi ;;| а5&эщения ,- гармоники, Isyri. ±1Г()1, 2.& L« I. ,« /Л, V I, / -, r,. г; г Vt CPПринцип сиогемы активного управления шумом требует использование алгоритмов адаптивной фильтрации для многоканальных систем (блоки 4,9). В этом случае сигналы от приемников звукового давления пропускают через адаптивные полосовые фильтры, каждый из них имеет дае импульсные ф нкции чувствительности, а (функция стоимости минимизируется как сумма четБфех значений сигналов рассогласования. Передаточная функция

адаптивного полосового фильтра:

sl Щ /V А 2 it-/

где .- коэффициент аднптивного полосового фильтра

(X/i JAi-c сигнал приеьлника звукового давления от сигнала

управления и датчика рассогласования

S 0,l; 1

. параметры вычисления алгоритма

i - I... J

М я число управляющих наналов

)С ВеЯйСШШЕ 5 в1ЭЕ ПЛрАМЕТРЫ.

f - шаг сигнала управления, определящий устойчивость и скорость норма ЛИ зова иные функции Бессезш, нормализованная постоянная гармоники.

Для управления сигналами излучателей вторичного шуш используют алгоритм, построенный таким образом, чтобы их выходные сигналы были в противофазе относительно сигналов управляющих каналов в местах установки излучателей вторичного шума. Началом работы алгоритма служит сигнал первичного приемника шума. Алгоритм реализуется о шмощью электронного оборудования: излучателей вторичного шума 15,20, блокРВполосовых фильтров 4,9, блока временной задержки 7, программир2,емого усилителя мощности 6, первого и второго блоков АЩ 3,10, процессора 5 ЦВМ. С целью определения оптимальных амплитуд и временных задержек для сигналов излучателей вторичного шума используется Метод наименьших квадратов(МНК)

Алгоритм МЕЖ, реализованньш с помощью процессора ЦВМ-5, работающего в реальном масштабе времени, позволяет определять минимум сукшы квадратов сигналов рассогласования от приемников звукового давления 13, 14, 16,17 и 18,19,21,22, которыв поступают через 1Ш1-12, усилитель мощности 6 на излучатели 15,20 вторичного шума.

Используется аппроксимация измеренных значений давления потока

p(:t; zCef.(-6

где - давление потока

Се - неизвестные постоянные коэффициенты L - известные функции времени t - время

При полиномиальной аппроксимации, когда в качестве функции /eW выбираются различные степени аргументу t , тогда )Co +(,ii).. Ai - шаг по времени С-с .. Си ( - коэффициенты . Б матричном виде это будет

/±-/ , е., р 11 Р г, - Р с Ри И р - транспонирован

/ - функция пространственных координат 1 ... Л-Ь . . . i,..lA)...Ui) 1 . .. hAt-....hAt)

0 I Со ...с 1г-м1 - вектор неизвестных параметров

где К -ЧИСЛО измерений

k - число известных координат Т - индекс транспонирования

При реальных измерениях координат давления- Р всегда содердат с-лучайные ошибки- , поэтоод составляются ровно CTOJK KO независимых у равнении, сколько неизвестных уравнений ,,сколько неизвестных ошибки измерений целиком войдут в решение.

Для того, чтобы частично ско1.шенсировать эти ошибки, принято брать число измерений It и число уравнений значительно больше, чем число неизвестных, т.е, И К , Тогда будет система условных уравнений вида

( где р - 11 PI , p5L - Pi - Ри j Л , 2. -... S(: - и

/6

Л, Z. &} вектор наблюдения матрица известных коор.динат 11 - вектор измерений |1 вектор ошибок

s 6p-x //Up- J

Введенная в качестве сомножителя весовая функция- л, ,.назначается на оснований априорных сведений о статистических свойствах

ошибок измерений. Ошибки измерений S с нормальным распределением

с нулевым математическим одаданием и 0ш®аковои дисперсией с- .

При статистически независимых ошибках измерений, весовая функция А - У 6 .

Тогда система нормальных уравнений будет иметь вид:

/т., у у р

Оценки неизвестных параметров определяются из соотношения

При измерении полезный акустический сигнал от вентиляторного вонтура и струи ТРД выделяется на фоне реверберационных помех и шумов с помощью измерительных микрофонных систем сдвоенных решеток микрофонов 13,14 - 16, 17 и 18,19 - 21,22 обеспечивающие определение уровня и направления излучения аэродинамических источников звука двигателяЛ.

Второй уровень оптимизации в ЦВМ за счет определения характеристик направленности указанных решеток, достигается -п включением направленных и ненаправленных микрофонов в .двухэлементные корреляционные схемы. Двухэлементные приемные корреляционные системы 23 ;- обеспечивают возможность управления диаграммой направленности цутем изменения микрофонной базы. Два микрофона установленных на некотором рас -тоянии d друг от друга дают возможность посылать сиг. в коррелятор 23, где вычисляется комплексная корреляционная функция звуковых давлений р, (.4- и разнесенных точках:

действительная часть, р

ШШ

IS Re В,Т}:Г АыЛ f p,Wp,(tг-r) Т J мнимая часть (учет преобразования йльберта) 7 В,ат) . ( p,/t) P.t-T) Т 5 Подобным образом разделяются измеренные сигналн приемников звукового давления вентиляторного контура и струи согласно алгоритма: ., , 11 Ь,2 L Л || , то включен, излучатели вентиляторного тракта и наоборот, если меньше ь. , где II В|2 аЕит11 - матрица корреляционных функций сигналов звукового давления вентиляторного канала; II .LTj Сопл Ц матрица корреляционных (|5 нкций сигналов звукового давления выходного сопла, а л г. - назначенные пороги уровня myivia . определяет с помощью преобразования Гильберта. Подобным образом определяются корреляционные функции для всей решетки | - матрица,учитьюающая диаграгщу направленности входных звуковых полей. Условие настройки решетки микрофонов и прохождения электрических сигналов в процессор: OB.rJ где d выбранный порог давлений. На втором уровне коррелятора 2 вычисляются нормированные взаимные корреляционные функции целых трактов вентиляторного и соплового для управления ими - определения времени включения: автокорре

IVM

Нормирование взаимной корреляционной функции производатся по формуле:

ы1

где vN) - реализации электрических напряжений сигналов микрофонных решеток вентиляторного и соплового трактов, К - порядковый номер датчика в решетке, Yn величина одаига в пространстве N - конечное значение выборки датчиков в решетке микрофонов, з °°п ряжения,

©.f. Марпл - мл. Цифровой спектральный анализ и его приложение,

MIP, 1990 г. стр. 184

Управление трактами из условия минимизации расходов на энергетику излучателей производатся процессорвЯпо сигналам В мС -и

Данные взаимные корреляционные функции определяются в преДЕллу i I и характеризуются величиной запаз.дывания .при B. О .

N-1

V Б,Ы /В„ГоЛ -L y%l ; 0 кл4Ы-1 Н тг Z. ) ляционные функции Еч.Ы 1т2 )М| - л N-(V«l-t E,)ev,W SxyL- КЧ2 Ь.,, ,fl)

Ъ 1-ыД: У 2) гг, ,

где ., ь , Тчсп - выбранные пороги.

Известно, что класс элементов , , ciобразует частично

упорядоченное множество, ecjii i межда некоторыми параш его элементов

п, определено отношение порядка (правило предшествования , Для любого по.дмножества частично упорядоченного множества определяется верхняя и нижняя границы, -наибольшего и наименьшего элемента Поэтоод определяется минимальное значение неравенств 1,2,3.

Если выполняется условие 1,2,3 - то включены оба тракта; если определен hiflyiiHi I и 3, то включен вентиляторный тракт, если inlhiVvi . 2 и 3, то включен сопловой тракт. Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) автоматически преобразует числовые кода в эквивалентные йм значения физической величины. Кода представляются в д бичной системе исчислешш, выхо.дные величины представляют собой электрические напряжения,обязательной операцией преобразования является аппроксимация выходаой величины в промежуточны) точках меж.ду моменташ поступления входных сигналов.

ЦАП-12 используется для преобразования цифрового кода в мгновеынае значения аналоговых сигналов излучателей 15 и 20. Задача ЦАП-преобразование двоичного кода в выходное напряжение пропорциональное весовьм коэффициентам разрядов двоичной системы счисления. ЦАП представляет собой взвешиващую резистивную матрицу, в которой сумма токов, протекающих через общий резистор, пропорциональна весовык коэффициентам двоичных разрядов, а выхо.дное напряжение пропорционально двоичнощ числу. В качестве вхо.дных источников в ЦАП используют форшрущие ключи, которые обеспечивают ст.бдльные уровни напряжений логической l) равные опорному напряжению.,. Для увеличения выходного сигнала используется операционHbri/i усилитель с отрицательной обратной связью.

Излучатели электромагнитного типа на основе редкоземельных штериалов (неодим-кобальтовых железных сплавов), располагаются на цилиндрической части компрессора и на внутренней поверхности (по окружности ) даигателя.

Приеглники звукового давления шкрофоны также располагаются на расчетных значениях в указанных местах.

Приемники звукоБого давлешад - микрофоны - пьезоэлектрически преобразователи для восприятия акустических сигналов и преобразований их в электрические, В качестве шшрофонов используются пьезоприе1 лникИ7 выполненным на основе двойных ( диморфных) пьезоэлементов с

йсповьзовннием изгибных колебаний и металлически ) резонат юров для согласования со средой. Или микрофоны,спринципо щействия основаннвас НА. изменении электрического сопротивления чувствительного элемента под действием звукового давления. Приемник звукового давления характеризуются высокой чувствительностью & режиме холостого хода и высоким внутренним сопротивлением.

Электроакустические преобразователи-излзчатеш 15,20 служат для воз;буж;дения акустических колебаш й в упругих аэродинашзческрк средах. Излучатели-линейные звенья, т.е. удовлетворяют требованию неискаженной передачи сигналов. В излучателе подво.цимая электрическая энергия преобразуется в механоакустическое, при котором за снет колебаний электромеханической cиcтe VIЫ в среде создается звуковое поле. Работа излучателя основана на взаимодействии переменного электрического тока с магнитньм полем.Электромагнитный преобразователь, действиЕ которого основано на колебании обмотки или ферромагнитного сердечника в переменном магнитном поле и изменении магнитного потока при .движении обмотки или сердечника; мощные излучатели как правило резонансные. , БЗсли , то -Р Если Р О, то-Р Если р Ой р О , то Р Есл11 р О и р- О и Р - О, то Р Автомат включения системы САУШ имеет логику согласно алгоритму: k. то включено трудЖ рй- . л где , (, , - допустимые значения высоты, скорости,угла РУД, числа оборотов даигателя Процессор ЦВМ-б - вычислительная система на основе модели коллектива вычислителей,объединенных в общий коллектив програмжюкогж тируемой системной магистрали которая выполняет функции системы связи. Каждая .tJBM.c общей магистралью включает модуль инищ альной загрузки (приведения програжшого объекта в состоянрИ готовности к использоваьшю) и систе1 / ного интерфейса. Б результате вычис.лительной системы за счет системных операций Обобщенный условный переход и ОбобщенньШ безусловный переход обеспечивается параллельная работа всех №l при рещении одной сложной задачи, представленной параллельным алгоритмом. Мо.дуль системного интерфейса содержит блок когужту ации с , блок си стем1ых операций, блок связи с внешними устройствами и блок управления. Интерфейс с каналом микросрм обеспечивает электрическую связь и обработку протокола взаимодействия с каналом микрофМ.

.ровой код. Процесс преобразования включает проце.цуры квантования (дискретизация по времени, по уровню) и кодарование. При квантовании непрерывная величина преобразуется в последовательность ее мгновенных значений, выделенных по определенно закону и в совокупности отображающих исходную величину. В качестве исхо.дной непрерывной величины используется электрический ток или напряжение.При кодировании выделенные в процессе квантовашад мгновешше значения исходной величины измеряются и результаты фиксируются в виде цифрового кода. АЦП параллельно действия содержит входные когшараторы (2 ), шифратор, преобразующий выходные сигналы в двоичный код и выходной регистр ,в котором этот код сохраняется в проме кутках между двумя соседниш отсчеташ л/шновенных значений вхо.дного сигнала. Частота отсчетов равна таковой частоте ср1гнала. .. Б параллельном АЦП действует конвеер и каждый функц юнальный узел в каждом такте обрабатывает свою информац по. Тактовая частота параллельных АЦП с конвеером превышает 20МГц, что позволяет преобразовывать аналоговые сигналы с высшей частотой более 10 1у1Гц. Число разрядов в параллельных АЦП 6 4- 8 , не ограничена, имеется возможность наращивания разрядаости паралле,льных включением таким преобразователем.

ЛИТЕРАТУРА

Hoise Caneelii lg Headset System Undergoes Developmunt Teat, Awiation Week & Space Teclmology November 24, 1986,

2. Клшин И,П. Борьба с шумом и звуковой внбращ ей на судах. Судостроение. Ленинград, I97I, стр. 208.

3. Salikudin et al. Application of active noise central to model propeller noise. Journal of Sound and Vibration, 1990, v.137, H 1, p, 9-41,

4 J«P. Smith, R«A B rdisso and . Fuller Experiments on the active control of inlet noise from a turbofcta Jet engine using paltiple airoumferental control arrays. AIAA 96-1792 А1пег1с |л Jnstitute of Aeronstlticsf and astronantics.

5. R.E. Kraft and K.B, ::Kontos. Teoretical Jmplications of Akfive Noise Control for ТигЪо ап Engines.AIAA 93-4355 (

Claims (1)

1. Система активного управления шумом газотурбинного двигателя в дальнем поле, включающая измерительный канал шума, выполненный из первой и второй измерительных решеток приемников звукового давления, установленных на входе и выходе вентиляторного тракта двигателя, исполнительные элементы, содержащие группу управляемых излучателей вторичного шума, установленные между первой и второй измерительными решетками приемников звукового давления на внутренней цилиндрической поверхности двигателя, и устройство управления шумом исполнительных элементов, включающее цифровую вычислительную машину (ЦВМ), связанные с ее первым и вторым входами первый и второй блоки полосовых фильтров, первый и второй аналого-цифровые преобразователи (НЦП), подключенные к соответствующим входам первого и второго блоков полосовых фильтров, а выход первого блока полосовых фильтров связан также с входом фазоинвертора, подключенного к последовательно соединенным блоку временной задержки, усилителю мощности, при этом входы первого и второго АЦП подключены к выходам первой и второй измерительных решеток приемников звукового давления соответственно, а первый и второй выходы ЦВМ подключены ко вторым входам усилителя мощности и блока временной задержки, отличающаяся тем, что в нее введены дополнительный измерительный канал шума и дополнительные исполнительные элементы, установленные в сопловом тракте двигателя, датчик перемещения ручки управления двигателем, автомат включения системы по параметрам двигателя, скорости, высоты ЛА, выходы которых связаны с третьим и четвертым входами ЦВМ, подключенный к пятому входу ЦВМ блок управления диаграммой направленности и очередностью включения исполнительных элементов вентиляторного и соплового трактов, выполненный в виде двухуровневого многоканального коррелятора с преобразованием Гильберта, первый и второй, третий и четвертый входы которого подключены к соответствующей второй группе выходов первого и второго АЦП, а вторая группа входов первого и второго АЦП подключена к выходам дополнительного измерительного канала шума соплового тракта, второй выход усилителя мощности подключен к входу дополнительных исполнительных элементов, при этом в измерительные каналы шума вентиляторного и соплового трактов введены дополнительные измерительные решетки приемников звукового давления, каждая установлена на заданном расстоянии относительно первой и второй измерительных решеток приемников звукового давления, образуя пространственную систему измерений для определения направления излучения источников звука двигателя.