(5 оценок, среднее: 4,80 из 5)
Загрузка...
Учебная работа. Расчет акустических и вибрационных характеристик торпеды
Реферат
Список главных сокращений:
ГС — головка самонаведения; БЗО — боевое зарядное отделение; АСН — аппаратура самонаведения; ГТА — газотурбинный агрегат; РО — резервуарное отделение; КО — кормовое отделение; ХЧ — хвостовая часть; ГТЗА — газо-турбозубчатый агрегат; ВАХ — виброакустическая черта.
Цель работы — создать и апробировать способ акустического проектирования подводного аппарата на средних и больших частотах звукового спектра.
Работа выполнена при помощи пакета AutoSea.
Введение
торпеда виброакустический моделирование
Целью данной работы является разработка и апробация способа акустического проектирования виброакустических черт (ВАХ) применительно к подводному аппарату на средних и больших частотах звукового спектра. На таковых частотах обширно применимы способы энергостатистического анализа (ЭСА). Но их внедрение для сложных инженерных конструкций просит огромного размера предварительных и вычислительных операций. В данной связи, крайнее время, в инженерных расчетах обширное распространение имеют системы автоматического проектирования (САПР). Примером таковой САПР для анализа ВАХ сложных конструкций на средних и больших частотах является программный пакет AutoSEA2, который автоматизирует способы расчета на базе энергостатистического анализа систем.
AutoSEA2 следует отнести к способу естественно элементного анализа — система разбивается на конечные элементы, обычно совпадающие с габаритами отдельных частей конструкций, вибрация которых, можно считать, имеет диффузный нрав.
1. Задание пространственной модели конструкции
Система разбивается на конечные элементы. Задаются габаритные свойства конечных частей и свойства материалов.
Определяются граничные условия стыковки частей, методом задания типов соединения. к примеру, в случае подводного аппарата это могут быть отдельные отсеки, разбитые переборками либо фланцами.
Рис.1. Вид торпеды
Вид торпеды с ее составными частями: все составные части выполнены из стали с различными толщинами. Головка самонаведения, боевое зарядное отделение (БЗО) шириной 3.5 мм, резервуарное отделение (РО) шириной 12.6 мм, гидростатическое отделение (ГО) и кормовое отделение (КО) шириной 4 мм. Перегородки меж отсеками выполнены из такого же материала толщинами 4 мм. Отсеки меж собой соединяются фланцами шириной 30 мм. и шириною 20 мм.
Головка самонаведения с фланцами показана на рис. 2.
Рис.2. ГС с фланцами
Отделение БЗО в торпеде заполнено взрывчатым веществом.
Рис. 3. Отдел БЗО
Для корректного расчета акустического поля и вибрации нужно в построенной модели задать акустические объемы и задать связи меж элементами конструкции.
Для того чтоб вся система сообщалась меж собой по аква месту, нужно задать окружающую среду. Окружающая среда задается из «картонных» пластинок толщиною 0.1мм, из которых задаются объемы. Материал окружающей среды избран таковым, так как через узкий лист бумаги звук может проходить беспрепятственно, а это принципиально для сообщения аква размеров. На рис. 4 показана среда, окружающая торпеду. Наружная среда выполнена конструктивно из пластинок с разбиением на отдельные части (5 штук рис.4.). Любой отсек соединяется со своим объемом окружающей среды.
Рис.4. Торпеда с окружающей средой.
На рис.5 показана ГС и БЗО с данной аква средой. «Бумажные» пластинки, которые соединяют водные объемы, выполнены из 2-х частей и с полукругом в центре. Наружные «бумажные» пластинки — цельные.
Рис. 5. ГС с данной аква средой
На рис. 8 показан один из размеров аква среды. Отлично видно сквозное отверстие в аква среде.
Рис. 6. Аква размер
Гидрофон размещен в аква среде на расстоянии 50м от торпеды на оси.
Рис. 7. Вид торпеды с гидрофоном
Гидрофон соединяется с размерами самой торпеды, с размерами аква места, с пластинами из которых состоит торпеда.1.1 Задание источников шума
В торпеде источниками шума и вибрации являются Газотурбинный движок (ГТА), редуктор, 4 лопасти винта и обтекание набегающим потоком головной части и оперения.
Мощность применяемого ГТА в торпеде составляет 430 кВт, число оборотов турбины мотора 25000 о/мин, число оборотов входного вала 1670 о/мин.
Для газотурбинного мотора различают шум турбины при всасывании, и шум турбины при выдуве соответственно [4, стр 163]:
Gt — расход воздуха [кг/с]
Табл.1. Уровни шума ГТА
f, Гц (единица частоты периодических процессов в Международной системе единиц СИ)
31,5
63
125
250
500
1000
2000
4000
8000
L, дБ (Децибел — логарифмическая единица уровней, затуханий и усилений)
105
107
109
112
114
116
112
110
108
L, дБ (Децибел — логарифмическая единица уровней, затуханий и усилений)
97
99
101
104
106
108
104
102
100
Рис.8. Частотная черта уровней звуковой мощности воздушного шума электродвигателя.
Воздушный шум ГТА всасывания приложен к гидростатическому отделению, а шум ГТА выдува приложен к кормовому отделению.
Рис.9. Гидростатическое и кормовое отделение с ГТА.
Табл.2. Уровни шума редуктора. [3, стр. 224].
f,Гц (единица частоты периодических процессов в Международной системе единиц СИ)
31,5
63
125
250
500
1000
2000
4000
8000
L, дБ (Децибел — логарифмическая единица уровней, затуханий и усилений)
78
90
95
114
105
102
89
85
72
Рис. 10. Шум редуктора
Воздушный шум редуктора приложен к кормовому отделению.
Рис. 11. Кормовое отделение с редуктором.
Табл.3. Уровни вибрации редуктора. [3, стр. 224].
f,Гц (единица частоты периодических процессов в Международной системе единиц СИ)
31,5
63
125
250
500
1000
2000
4000
8000
L, дБ (Децибел — логарифмическая единица уровней, затуханий и усилений)
70
88
93
112
105
102
89
85
72
Рис. 12. Вибрация редуктора
Вибрация редуктора приложена к радиальным опорам, размещенным по бокам кормового отделения.
Рис. 13. Кормовое отделение с приложенной вибрационной перегрузкой и шумом.
Шум, обусловленный нестационарными давлениями на винте — эта составляющая шумов обтекания несущей поверхности связана основным образом с нестационарностью натекающего на профиль потока. Нестационарность натекающего потока являетстя предпосылкой появления на профиле нестационарных конфигураций угла атаки. В акустическом нюансе обтекание рассматривается как довольно мощнейший источник шумов. Таковым образом, суть акустических качеств данной задачи заключается в определении переменного во времени распределения нестационарных давлений по поверхности профиля, которые обоснованы нестационарными флуктуациями набегающего на профиль турбулентного потока.
Частотная черта шума, обусловленного турбулентностью натекающего потока, на самых низких частотах вырастает пропорционально квадрату частоты, на средних — как 1-ая степень частоты, а на самых больших — назад пропорционально частоте. [1].
где С — хорда крыла, U — скорость набегающего потока, — масштаб турбулентности.
Окружную скорость вращения лопастей винта переводим в поступательную, считая поперечник винта 440 мм. Получаем скорость набегающего потока на лопасти винта U=80 м/с.
Рис. 14. Приведенное
Скорость движения торпеды 45 узлов (23 м/с).
На рис. 15 показана головка самонаведения с шумом обтекания. Так как известна скорость движения торпеды под водой U=23 м/с, программка AutoSEA2 дозволяет автоматом высчитать шум набегающего потока.
Рис. 15. ГС с приложенной перегрузкой (обтекание)
Рис. 16. Задание шумов обтекания ГС
Аналогично заданию шума обтекания ГС, задается шум обтекания перьев, создаваемый турбулентным набегающим потоком:
Рис. 17. оперение с приложенной перегрузкой (обтекание)
Рис. 16. Задание шумов обтекания оперения
1.2 Шумы моря
Приобретенные результаты расчетов шумов торпеды сравниваются с шумами моря. [2].
Табл. 4 Уровни шума моря
31,5
63
125
250
500
1000
2000
4000
8000
16000
82
80
78
74
65
46
44
42
38
37
69
67
65
62
60
55
53
47
43
40
Рис.17. Частотная черта шумов моря
Видно, что на весьма низких частотах (1 — 10 Гц (единица частоты периодических процессов в Международной системе единиц СИ)) наблюдается крутой наклон спектральной плотности до 8 — 10 дБ (Децибел — логарифмическая единица уровней, затуханий и усилений)/окт. Возможными источниками этих шумов является крупномасштабная океаническая турбулентность, отдаленные штормы и сейсмические явления.
Шумы в спектре частот 10 — 500 Гц (единица частоты периодических процессов в Международной системе единиц СИ) свойственны максимумам в области 50 — 80 Гц (единица частоты периодических процессов в Международной системе единиц СИ) и связываются с шумами судоходства.
Шумы в более изученной области частот 500 Гц (единица частоты периодических процессов в Международной системе единиц СИ) — 2500 Гц (единица частоты периодических процессов в Международной системе единиц СИ) обоснованы, в главном, поверхностными шумами. К ним относятся волнение моря, шум дождика и т.п. На частотах ~ 50 Гц (единица частоты периодических процессов в Международной системе единиц СИ) и выше главными являются термо шумы, связанные с движением молекул аква среды.
2. анализ приобретенных результатов
2.1 Анализ наружного шума
Торпеда движется со скоростью 23 м/с, гидрофон размещен на расстоянии 50 метров по оси от торпеды.
Рис.18. Сопоставление шумов торпеды с шумами моря
На основании анализа приобретенных результатов расчетов были приняты меры по понижению вибраций и повышению шумоизоляции корпуса. Основным источником шума и вибрации является редуктор и ГТА. Для понижения шума корпуса были использованы покрытия типа «sandwich». Так же были увеличены толщины переборок до 50х50 мм., и произведена виброизоляция редуктора.
Понижение вибрации редуктора [ ].
Где:
М — масса мотора
К — твердость амортизатора
Табл. 5 Виброизоляция редуктора.
f, Гц (единица частоты периодических процессов в Международной системе единиц СИ)
63
125
250
500
1000
2000
4000
ВИ
0
6
9
11
13
15
18
f0 = 25 Гц (единица частоты периодических процессов в Международной системе единиц СИ) — для редуктора применяемого в расчете.
Опосля повторного пересчета:
Рис.19. Сопоставление шумов торпеды с шумами моря (повторный расчет).
Определим составляющие шума торпеды (до и опосля внедрения противошумового корпуса).
Рис.20. Уровни вибрации торпеды
3.2 анализ структурной помехи АСН
Оценка уровней вибрации носовой части торпеды.
Рис.21. Уровни вибрации ГС.
Заключение
В данной работе был разработан и апробирован автоматический комплекс расчета ВАХ торпеды на базе программного продукта AutoSEA2. Была показана работоспособность разработанного комплекса.
Рассчитаны и приведены в виде графиков уровни шума торпеды на расстоянии 50 метров, уровни вибраций ГС.
Проведя анализ приобретенных результатов можно прийти к выводу, что огромное воздействие на конечный итог оказывает метод моделирования воздушного шума мотора, шума и вибрации редуктора, также вибрации, создаваемые лопастями винта. Для получения более четких и достоверных результатов можно посоветовать кооперировать расчет в AutoSEA2 и натурные измерения на опытнейших образчиках.
Перечень использованной литературы.
1. А.В. Смольяков «Шум турбулентных потоков».
2. А.В. Авринский «Распространение звука в море», Спб., центр СпбГМТУ, 2003 г.
3. М. Хекл, Х.А. Мюллер «Справочник по технической акустике», Л., Кораблестроение, 1980 г.
4. И. И. Боголепов, И. И. Клюкин « Справочник по судовой акустике», Л., Кораблестроение, 1978 г.
]]>