Численное моделирование тонального шума несущего винта с помощью кода "Гербера"
ФАУ "ЦАГИ", ФИЦ ИУ РАН
В ближайшее время одной из важнейших задач экономического развития России является развитие отечественного рынка гражданского вертолетостроения. В ближайших планах отечественной вертолетостроительной промышленности существенное обновление парка гражданских вертолетов, которые должны удовлетворять все более ужесточающимся требованиям к уровню шума на местности. В виду ограниченных возможностей акустического эксперимента для вертолетных винтов, в особенности – в условиях полета, актуальной является задача развития методов численного моделирования аэроакустических характеристик винтов.
В работе рассматривалась задача об определении аэроакустических характеристик четырехлопастного вертолетного винта на режиме висения на основе численного решения уравнений Эйлера. Для проведения расчетов использовался собственный параллельный вычислительный код “Гербера” [1], предназначенный для моделирования винтовых конфигураций [2,3] и валидированный в задачах моделирования шума самолетных винтов [3] с использованием результатов акустических измерений, проведенных в УНУ “Заглушенная камера с потоком АК-2” ФАУ “ЦАГИ”, модернизируемой при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации по соглашению №075-11-2021-066.
Расчет проводился на подвижной неструктурированной тетраэдральной сетке, состоящей из порядка 55 миллионов ячеек. Для различных режимов работы винта была построена нестационарная картина его обтекания, рассчитаны тяга винта и его крутящий момент, сохранены временные реализации пульсаций газодинамических параметров на контрольных поверхностях, окружающих винт. На основе полученных данных с помощью собственного пакета по методу Фокса Вильямса-Хоукингса были рассчитаны спектры шума в различных точках и проведено их сравнение с данными эксперимента [4], проведенного на открытом стенде. Показано, что численный расчет позволяет адекватно воспроизвести интегральные аэродинамические и аэроакустические характеристики винта. Это означает, что представленный метод может быть использован для поиска конфигураций лопастей с пониженным уровнем тональной составляющей шума.
Исследование выполнено при частичной поддержке гранта Российского научного фонда (проект №21-71-30016).
1.Титарев В.А.. Программный комплекс “Гербера” для расчета аэроакустических характеристик воздушных самолетных винтов. Свидетельство о регистрации программ N 2020616696 от 22.06.2020
2.Belyaev I.V., Kopiev V.F., Skvortsov R., Pankratov I., Titarev V., Zaytsev M. Comparison of rotor noise measurement results in large-scale and small-scale anechoic facilities // 21st AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference. 2015. AIAA 2015-2986
3.Титарев В.А., Фараносов Г.А., Чернышев С.А., Батраков А.С. Численное моделирование влияния взаимного расположения винта и пилона на шум турбовинтового самолета // Акустический журнал. 2018. Т 64. № 6. С. 737-751
4.Копьев В.Ф., Зайцев М.Ю., Остриков Н.Н., Денисов С.Л., Макашов С.Ю., Аникин В.А., Громов В.В. Об определении акустических характеристик моделей несущих вертолетных винтов на открытом стенде // Акустический журнал. 2016. Т 62. № 6. С. 725-730
