RU2238595C2 - Method of spatial rejection of noise of revolving propeller in preset direction - Google Patents
Method of spatial rejection of noise of revolving propeller in preset direction Download PDFInfo
- Publication number
- RU2238595C2 RU2238595C2 RU2001107407/28A RU2001107407A RU2238595C2 RU 2238595 C2 RU2238595 C2 RU 2238595C2 RU 2001107407/28 A RU2001107407/28 A RU 2001107407/28A RU 2001107407 A RU2001107407 A RU 2001107407A RU 2238595 C2 RU2238595 C2 RU 2238595C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- screw
- noise
- propeller
- zero
- sound
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области физической и технической акустики, а более конкретно к направленным источникам звука.The invention relates to the field of physical and technical acoustics, and more particularly to directional sound sources.
В технической акустике во многих случаях возникает задача управлять характеристикой направленности излучателя звука таким образом, чтобы в некотором выбранном направлении не было излучения звука. Представляется необходимым решить такую задачу и для звука, создаваемого вращающимся винтом, в частности, для вентиляторных установок.In technical acoustics, in many cases, the problem arises of controlling the directivity of the sound emitter in such a way that there is no sound radiation in a selected direction. It seems necessary to solve such a problem for the sound created by a rotating screw, in particular, for fan installations.
В основном способы формирования нуля в характеристике направленности в заданном направлении известны для режима приема и излучения. Все эти способы основаны на определенном воздействии на отдельные элементы приемных и излучающих устройств. Однако они не пригодны для управления характеристикой направленности вращающегося винта, т.к. непосредственное воздействие на элементы винта невозможно.Basically, methods of forming zero in the directivity characteristic in a given direction are known for the reception and emission modes. All these methods are based on a specific effect on individual elements of the receiving and emitting devices. However, they are not suitable for controlling the directional characteristic of a rotary screw, since Direct impact on screw elements is not possible.
Известен способ формирования так называемой "разностной" характеристики направленности (А.М. Тюрин. А.П. Сташкевич, Э.С. Таранов, Основы гидроакустики. Л.: Судостроение, 1966. - 186). Этот способ содержит разделение гидроакустической антенны на две равные части и вычитание сигналов между этими "половинками" антенны. При этом образуется нуль в характеристике направленности.A known method of forming the so-called "difference" directional characteristics (A.M. Tyurin. A.P. Stashkevich, E.S. Taranov, Fundamentals of hydroacoustics. L .: Shipbuilding, 1966. - 186). This method comprises dividing the hydroacoustic antenna into two equal parts and subtracting the signals between these "halves" of the antenna. In this case, a zero is formed in the directivity characteristic.
Этот способ - аналог не пригоден для создания нуля в звуке, создаваемом винтом. Кроме того, нуль в разностной характеристике направленности образуется только в одном направлении, перпендикулярном апертуре гидроакустической антенны.This method - an analogue is not suitable for creating zero in the sound created by the screw. In addition, zero in the difference directivity characteristic is formed in only one direction, perpendicular to the aperture of the hydroacoustic antenna.
Известен способ "Создание нуля в диаграмме направленности для ослабления нежелательных мешающих сигналов" (патент США №4214244). Этот способ-аналог содержит прием сигналов антенной решеткой и формирование амплитудно-фазового распределения в принятых сигналах перед их суммированием для пространственной режекции в выбранном направлении.The known method of "Creating zero in the radiation pattern to attenuate unwanted interfering signals" (US patent No. 4214244). This analogue method comprises receiving signals by an antenna array and generating an amplitude-phase distribution in the received signals before summing them up for spatial rejection in a selected direction.
Этот способ-аналог не пригоден для создания нуля в шуме гребного винта.This analogue method is not suitable for creating zero in the noise of the propeller.
Известен способ, реализованный в "Системе формирования диаграммы направленности антенной решетки с нулевым коэффициентом усиления в заданном направлении" (патент США №3503069). Этот способ-аналог содержит прием сигналов антенной решеткой, усиление сигналов с каждого приемника, формирование амплитудно-фазового распределения до суммирования для образования нуля в заданном направлении.A known method implemented in the "System for generating a radiation pattern of an antenna array with zero gain in a given direction" (US patent No. 3503069). This analogue method includes receiving signals by an antenna array, amplifying signals from each receiver, generating an amplitude-phase distribution prior to summing to form zero in a given direction.
Недостатком способ-аналога является невозможность с его помощью формировать в шуме винта нули в заданном направлении.The disadvantage of the analogue method is the inability to use it to form zeros in the screw noise in a given direction.
Известен способ, реализованный в "Устройстве для формирования нуля в области боковых лепестков зеркальной антенны" (патент ФРГ №203183). Способ заключается в перемещении приемника в фокальной плоскости антенны и вычитании сигнала с другого неподвижного приемника.The known method implemented in the "Device for forming zero in the region of the side lobes of a mirror antenna" (Germany patent No. 203183). The method consists in moving the receiver in the focal plane of the antenna and subtracting the signal from another fixed receiver.
Недостатком последнего способа является невозможность этим путем формировать нуль в характеристике шума гребного винта.The disadvantage of the latter method is the impossibility of this way to form zero in the noise characteristic of the propeller.
Задачей предлагаемого способа является выполнение операций, позволяющих формировать нуль в характеристике направленности шума гребного винта в заданном направлении.The objective of the proposed method is to perform operations to generate zero in the directional characteristic of the noise of the propeller in a given direction.
Предлагаемый способ создания нуля в шуме вращающегося винта в заданном направлении φ0 содержит выбор силы тяги винта Рв, числа оборотов n0 винта в секунду и крутящего момента Мкр,о согласно соотношениюThe proposed method of creating zero in the noise of a rotating screw in a given direction φ 0 contains the selection of the propulsive force of the screw P in , the number of revolutions n 0 of the screw per second and the torque M cr, about according to the ratio
где С0 - скорость звука в среде, в которой вращается винт,where C 0 is the speed of sound in the medium in which the screw rotates,
Rэ - эквивалентный радиус винта, примерно равный 0,7 R,R e - equivalent radius of the screw, approximately equal to 0.7 R,
где R - радиус винта,where R is the radius of the screw,
z - число лопастей винта.z is the number of propeller blades.
В водной среде способ содержит для формирования нуля в заданном направлении φ0 выбор подводимой к винту полной мощности T0 и выбор числа оборотов винта n0 в секунду согласно соотношениюIn an aqueous medium, the method comprises, for forming zero in a given direction φ 0, selecting the total power T 0 supplied to the screw and selecting the screw speed n 0 per second according to the relation
где η - коэффициент полезного действия гребного винта.where η is the propeller efficiency.
Из этой формулы видно, что требуется выбрать скорость движения судна согласно , поскольку скорость движения судна пропорциональна кубу числа оборотов винта.From this formula it is clear that you want to choose the speed of the vessel according to since the speed of the vessel is proportional to the cube of the number of revolutions of the screw.
Техническим результатом предложенного способа является обеспечение возможности деформации характеристики направленности шума вращающегося винта таким образом, что в требуемом направлении будет осуществлена пространственная режекция шума вращающегося винта.The technical result of the proposed method is the possibility of deformation of the noise directivity characteristics of the rotary screw in such a way that the noise of the rotary screw is spatially cut in the desired direction.
Для обоснования причинно-следственных связей между существенными признаками и требуемым результатом приведем необходимые доказательства.To justify the cause-effect relationships between the essential features and the desired result, we give the necessary evidence.
Как показано в книге В.М. Бомова, Д.Д. Плахова, В.Е. Яковлева. "Акустические шумы и помехи на судах". - Л.: Судостроение, 1984. -с,48, шум вращения возникает из-за статической и динамической неуравновешенности гребного винта в воде и из-за влияния неоднородностей потока воды в пределах диска гребного винта. Участки винта по-разному обтекаются водой при движении судна и каждая лопасть периодически за время одного оборота винта оказывается в области с повышенной и пониженной скоростями движения воды относительно судна. Эти причины приводят к тому, что в спектре шума гребного винта отчетливо выделяются частоты m гармоник, которые пропорциональны произведению числа лопастей z на угловую частоту вращения n - числа оборота в секундуAs shown in the book of V.M. Bomova, D.D. Plakhova, V.E. Yakovleva. "Acoustic noise and interference on ships." - L .: Shipbuilding, 1984. -s, 48, rotation noise arises due to the static and dynamic imbalance of the propeller in the water and due to the influence of heterogeneities of the water flow within the propeller disk. The propeller sections are differently surrounded by water during the movement of the vessel, and each blade periodically during one turn of the screw is in the area with increased and reduced speeds of water relative to the vessel. These reasons lead to the fact that m harmonic frequencies that are proportional to the product of the number of blades z and the angular frequency of rotation n, the number of revolutions per second, are clearly distinguished in the noise spectrum of the propeller
Согласно работе Л.Я. Губина "О звуковом поле вращающегося винта" - ЖТФ, т.6. вып.2-3, 1942, звуковое давление, создаваемое вращающимся винтом, имеет видAccording to the work of L.Ya. Gubina "On the sound field of a rotating screw" - ZhTF, t.6. issue 2-3, 1942, the sound pressure created by a rotating screw has the form
где обозначены:where are indicated:
Рв - сила тяги гребного винта,P in - propeller traction force,
С0 - скорость звука в водной среде,With 0 - the speed of sound in the aquatic environment,
r - расстояние между центром вращения винта и наблюдателем,r is the distance between the center of rotation of the screw and the observer,
φ - угол между осью вращения винта и направлением наφ is the angle between the axis of rotation of the screw and the direction of
наблюдателя,observer
Мкр - крутящий момент,M cr - torque
Imz - функция Бесселя первого рода. Imz is a Bessel function of the first kind.
Очевидно, что в направлении φо акустическое давление равно нулю, Рm(φo)=0, причем для всех гармоник, еслиObviously, in the direction of φ о, the acoustic pressure is zero, Р m (φ o ) = 0, and for all harmonics, if
Тогда, последнее выражение для nо; Pb,о; Мкр,о можно переписать в виде, подставляя значение Pb,о из выражения (3):Then, the last expression for n o ; P b, o ; M cr, about can be rewritten in the form, substituting the value of P b, about from the expression (3):
Для основных первых гармоник m, которые превалируют в шуме вращающегося винтаFor the main first harmonics m that prevail in the noise of the rotor
Поэтому можно использовать разложение функции Бесселя в рядTherefore, one can use the expansion of the Bessel function in a series
и ограничиться первым членом разложенияand confine ourselves to the first term of decomposition
Тогда выражение (4) можно записать в видеThen expression (4) can be written as
Если нормировать к значению , тоIf normalized to then
Тогда характеристику направленности винтового шума при выбранных Pb,о; n0; Мкр,о для пространственной режекции шума в направлении φo, можно записать в видеThen the directivity characteristic of the screw noise at selected P b, o ; n is 0 ; M cr, o for spatial rejection of noise in the direction φ o , can be written as
Видно, что характеристика направленности деформируется таким образом, что при φо имеется нулевое значение для всех гармоник m, B(φ,φo)=0, т.е. осуществляется пространственная режекция шума в направлении φо.It can be seen that the directivity characteristic is deformed in such a way that for φ о there is a zero value for all harmonics m, B (φ, φ o ) = 0, i.e. spatial noise rejection in the direction of φ about .
Таким образом, достигается требуемый результат. Частный признак для гребного винта в водной среде может быть обоснован следующим образом. Зависимость силы тяги РВ от подводимой к винту мощности Т определяется соотношением [Л.Я. Губин. О звуковом поле вращающегося винта, - ЖТФ, т.6, вып.2-3, 1942]Thus, the desired result is achieved. A particular characteristic for a propeller in an aqueous medium can be justified as follows. The dependence of the traction force Р В on the power T supplied to the screw is determined by the relation [L.Ya. Gubin. On the sound field of a rotating screw, - ZhTF, t.6, issue 2-3, 1942]
где ρ - плотность морской среды.where ρ is the density of the marine environment.
Крутящий момент мотораMotor torque
где угловая скорость вращения мотораwhere is the angular speed of rotation of the motor
Подставляя (II), (12), (13) и значения скорости звука и плотности воды в формулу (3), найдемSubstituting (II), (12), (13) and the values of the speed of sound and water density in the formula (3), we find
Таким образом, и для частного признака причинно-следственные связи с требуемым результатом обоснованы.Thus, for a particular feature, causal relationships with the desired result are justified.
Кроме шума вращения винта имеется так называемый объемный шум, но он много меньше шума вращения и им пренебрегают.In addition to the noise of rotation of the screw, there is the so-called volumetric noise, but it is much smaller than the noise of rotation and is neglected.
Сущность изобретения поясняется примерами на фиг 1-4.The invention is illustrated by examples in Fig 1-4.
На фиг.1 приведена характеристика направленности шумоизлучения гребного винта для первой моды (m=1) при формировании нуля в направлении φо=85°.Figure 1 shows the characteristic directivity of the noise of the propeller for the first mode (m = 1) when zero is formed in the direction φ о = 85 °.
На фиг.2 приведена характеристика направленности шумоизлучения гребного винта для третьей моды (m=3) при формировании нуля в направлении φo=85°.Figure 2 shows the characteristic directivity of the noise of the propeller for the third mode (m = 3) when forming zero in the direction φ o = 85 °.
На фиг.3 приведена характеристика направленности шумоизлучения гребного винта для второй моды (m=2) при формировании нуля в направлении φо=40°.Figure 3 shows the characteristic directivity of the noise of the propeller for the second mode (m = 2) when forming zero in the direction φ about = 40 °.
На фиг А приведена характеристика направленности шумоизлучения гребного винта для четвертой моды (m=4) при формировании нуля в направлении φо=45°.Figure A shows the characteristic of the directivity of the noise of the propeller for the fourth mode (m = 4) when zero is formed in the direction φ о = 45 °.
Из приведенных примеров видно, что пространственная режекция шума гребного винта осуществляется для всех мод, но при этом характеристики направленности мод деформируются по-разному.It can be seen from the above examples that the spatial noise rejection of the propeller is carried out for all modes, but the directional characteristics of the modes are deformed in different ways.
Реализация способа достигается за счет подбора подводимой мощности и числа оборотов гребного винта согласно предлагаемому способу. В конечном счете это приводит к изменению скорости движения судна.The implementation of the method is achieved by selecting the input power and the number of revolutions of the propeller according to the proposed method. Ultimately, this leads to a change in the speed of the vessel.
Таким образом, предлагаемый способ технически реализуем.Thus, the proposed method is technically feasible.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001107407/28A RU2238595C2 (en) | 2001-03-20 | 2001-03-20 | Method of spatial rejection of noise of revolving propeller in preset direction |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001107407/28A RU2238595C2 (en) | 2001-03-20 | 2001-03-20 | Method of spatial rejection of noise of revolving propeller in preset direction |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2001107407A RU2001107407A (en) | 2003-03-10 |
RU2238595C2 true RU2238595C2 (en) | 2004-10-20 |
Family
ID=33536835
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001107407/28A RU2238595C2 (en) | 2001-03-20 | 2001-03-20 | Method of spatial rejection of noise of revolving propeller in preset direction |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2238595C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2671643C2 (en) * | 2014-08-05 | 2018-11-06 | Зе Боинг Компани | Device and method for producing active programmable acoustic metamaterial |
-
2001
- 2001-03-20 RU RU2001107407/28A patent/RU2238595C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Подводная акустика и обработка сигналов/Под ред. Л.БЬЁРНЁ. - М.: Мир, 1985. ТЮРИН А.М. и др. Основы гидроакустики. - Л.: Судостроение, 1966. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2671643C2 (en) * | 2014-08-05 | 2018-11-06 | Зе Боинг Компани | Device and method for producing active programmable acoustic metamaterial |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4253800A (en) | Wheel or rotor with a plurality of blades | |
US3685610A (en) | Noise reduction for propellers | |
US20150056058A1 (en) | Propeller sound field modification systems and methods | |
US10510332B2 (en) | Noise reduction apparatus and jet fan | |
Abrahamsen | The ship as an underwater noise source | |
Lafeber et al. | Computational and experimental prediction of propeller cavitation noise | |
JP7039512B2 (en) | Rotor blade interference noise reduction system and air vehicle | |
RU2238595C2 (en) | Method of spatial rejection of noise of revolving propeller in preset direction | |
JP2019164272A (en) | Blade/stator blade interference noise reduction system and flight body | |
Prime et al. | Beamforming array optimisation and phase averaged sound source mapping on a model wind turbine | |
JPH01159406A (en) | Method for active muffling of propeller noise and device therefor | |
US2925581A (en) | Scanning systems | |
JP6822999B2 (en) | Blade noise reduction system, flying object, noise reduction system | |
Tanna et al. | Sound radiation from point sources in circular motion | |
US20110064559A1 (en) | Method and apparatus for controlling tonal noise from subsonic fans | |
US20080008592A1 (en) | Method and apparatus for controlling tonal noise from subsonic axial fans | |
Bartelt et al. | Synthetic sound source generation for acoustical measurements in turbomachines | |
EP1995470A2 (en) | Method and apparatus for controlling tonal noise from subsonic axial fans | |
US3319218A (en) | Acoustic beam forming system | |
Walker | Sensitivity issues in active control of circular duct modes using axially-spaced actuator arrays | |
Sutliff et al. | Active control of far-field noise from a ducted propeller | |
Lewy | Computation of broadband noise radiated by a ducted fan in an uniform flow | |
Horváth et al. | Separating apart the contributions from multiple tonal noise sources which are localized to the Mach radius | |
Walker et al. | Active control of low-speed fan tonal noise using actuators mounted in stator vanes part 2: novel error sensing concepts | |
SU437833A1 (en) | Axial Turbomachine Impeller |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060321 |