Метод, модель и методика расчета акустических излучений двигательной установки в первые 1.5...4.1 секунды полета ракеты космического назначения
Рубрика:
| Сокол, ГИ, Котлов, ВЮ |
| Косм. наука технол. 2019, 25 ;(3):16-24 |
| https://doi.org/10.15407/knit2019.03.016 |
| Язык публикации: Русский |
Аннотация: При старте ракеты космического назначения (РКН) в атмосфере возникают разнообразные по характеру излучения акустические поля. Поэтому необходимо выявить особенности и определить направления исследований акустического излучения при старте РКН на основе известных представлений о генерировании и распространении звуковых волн. Важным является расчет амплитудно-частотной характеристики акустического излучения. Знание частоты излучения акустических волн позволяет применить известные в классической акустике модели длинноволновых и коротковолновых излучений. Это существенный фактор, который дает представления о направленности акустического поля и позволяет упростить расчет величины звукового давления в зависимости от изменения расстояний от источника колебаний до точки, где находится условный наблюдатель.
Целью настоящей работы явилось создание нового метода моделирования струи как источника акустических колебаний и разработка методики расчета шума двигательной установки ракеты космического назначения в первые 1.5—4.1 секунды полета, а также составление алгоритма и программы для расчета акустических характеристик. В основе методики расчета лежит моделирование акустического поля от двигательной установки РКН как объемного источника излучения. Вначале определяется диапазон частот излучения колебаний, для которого применимо такое моделирование. В зависимости от диаметра среза сопла и характерного размера поверхности определяется тип акустического излучателя. В модели объемного сферического излучателя фронт сферической волны представляет собой сферическую поверхность, а звуковые лучи, согласно определению фронта волны, совпадают с радиусами сферы. В результате расхождения волн интенсивность звука убывает с удалением от источника. Предложены модель излучателя акустических колебаний и методика расчета шума двигательной установки (ДУ) ракеты космического назначения (РКН) в первые 1.5—4.1 секунды полета, позволяющие определить звуковое давление в окружающей среде.
Предлагается представить струю двигателя как объемный акустический источник. Разработаны алгоритм и программа для расчета акустических характеристик на языке программирования Java. По результатам расчетов на основе разработанной программы были получены зависимости звукового давления от частоты на заданных температурных уровнях. На основе проведенных расчетов был составлен график, показывающий изменение уровня звукового давления в заданной точке с увеличением частоты. Получены зависимости звукового давления от частоты при заданных температурных уровнях внешней среды (-32, 20 и 42 °С). На основе полученных результатов можно сделать вывод, что для всех частот, меньших 225 Гц, уровень звукового давления в точке r = 18м составит величину, меньшую, чем 153 дБ. Например, на частоте 8000 Гц уровень звукового давления составит 136 дБ. Такое акустическое излучение возможно на участке полета ракеты 1.5—4.1 с. Изменения температуры оказывают незначительное влияние на значение уровня звукового давления. Разработанная методика расчета акустических излучений при старте РКН дает возможность определить величины амплитуд акустического давления, акустические воздействия на корпус ракеты и характер акустических полей. Представлен метод исследований акустического излучения при старте ракет космического назначения на основе определения волнового параметра kR.
|
| Ключевые слова: акустические излучения, двигательная установка, звуковое давление, инфразвук, методика расчета, модель, объемный акустический источник, ракета космического назначения, струя ракетного двигателя |
References:
1. Bazhenov D. V. (1977). To the mechanism of sound emission by a stream in the case of eolian tones. 9th World Acoustical Conference. Moscow [in Russian].
2. Beigel’ M. Z., Zelikman N. Kh., Ivanov V. V., Portnoi Yu. V., Stepanov B. N. (1979). About the transmission of lowfrequency sound pressure at different Reynolds numbers. Acoustic jornal, 25( 6), 924—926 [in Russian].
3. Blokhintsev D. I. (1945). Vortex sound. ZhTF, 15, 1—2 [in Russian].
4. Grinchenko V. T. (2007). Acoustic bases. Kiiv: Naukova dumka [in Russian]
5. Sokol G. I. et al. (2017). Investigation of acoustic radiation sources, their fields and methods for calculating their characteristics at the start of the space rocket. Zvit pro naukovu robotu za Dogovorom #792 vid 31.03.2017. Dnipro [in Ukrainian]
6. Method № 1 (№ 2) of setting wind influences in the rocket’s design. (1963). Moscow: NII-88 [in Russian].
7. Rzhevkin S. N. (1960). Course of lectures of the sound theory.Moscow: MGU [in Russian].
8. Sapozhkov M. A. (1978). Electroacoustics. Moscow: Svyaz’ [in Russian].
9. Sokol G. I. (2000). Features of acoustic processes in the infrasonic frequency range. Dnepropetrovsk: Promіn’ [in Russian].
10. Sokol G. I., Kotlov V. Yu. (2017). The propulsion unit (PU) of a space rocket as a volumetric radiation source in the first seconds of flight. Algorithm for calculating the acoustic field characteristics. Acoustic Symposium «Konsonans 2017». Kiev [in Russian].
11. Sokol G. I., Mironenko E. S. (2017). Noise from engines during the space vehicles launc. 19th International Youth Scientific and Practical Conference «Space Human». Dnipro [in Russian].
12. Sokol G. I., Mironenko E. S. (2017). Environmental aspects in the study of pulsating engines. 12th International Conference «Days of Science». Prahai Publishing House «Education and Science». ISBN 978-966-8736-05-6. – 224029 [in Russian].
13. Sokol G. I ., Mironenko E. S. (2017). Energy impacts of rocket engine noise during the launch of space rocke. 5th International scientific conference «Current state and problems of statistics, accounting and auditing in the context of globalization and energy efficiency». Dnipro [in Russian].
14. Sokol G. I. et al. (2017). Investigation of radial acoustic sources, their fields and methods of calculating their characteristics at the space rocket launch. Report on research work under the Contract No. 820 dated 26/06/2018. Dnipro. [in Ukrainian].
15. Sokol G. I. et al. (2018). Recalculating the results of measurements on models to a real object. Report on research work under the Contract No. 820 dated 26/06/2018. Dnipro [in Ukrainian].
16. Tyulin V. N. (1976). Introduction to the theory of sound radiation and sound scattering.Moscow: Nauka [in Russian].
17. Ultrasound: The small encyclopedia. (1983). Moscow: Nauka [in Russian].
18. Frolov V. P., Sokol G. I. (2017). Acoustic emissions during the launch of space rockets in the first seconds of flight. 6th International Conference “Space Technologies: Present and Future». Dnepr: DP «KB «Yuzhnoe» im. akad. M. K. Yangelya». [in Russian].
19. Shildt G. (2015). Java 8. Polnoe rukovodstvo [Java 8. The Complete Guide] – Moscow : OOO «I.D. Vil’yams». [in Russian]
20. Bedard A. J., Georges T. M. (2000). Atmospheric infrasound. Physics Today. 32—37.
2. Beigel’ M. Z., Zelikman N. Kh., Ivanov V. V., Portnoi Yu. V., Stepanov B. N. (1979). About the transmission of lowfrequency sound pressure at different Reynolds numbers. Acoustic jornal, 25( 6), 924—926 [in Russian].
3. Blokhintsev D. I. (1945). Vortex sound. ZhTF, 15, 1—2 [in Russian].
4. Grinchenko V. T. (2007). Acoustic bases. Kiiv: Naukova dumka [in Russian]
5. Sokol G. I. et al. (2017). Investigation of acoustic radiation sources, their fields and methods for calculating their characteristics at the start of the space rocket. Zvit pro naukovu robotu za Dogovorom #792 vid 31.03.2017. Dnipro [in Ukrainian]
6. Method № 1 (№ 2) of setting wind influences in the rocket’s design. (1963). Moscow: NII-88 [in Russian].
7. Rzhevkin S. N. (1960). Course of lectures of the sound theory.Moscow: MGU [in Russian].
8. Sapozhkov M. A. (1978). Electroacoustics. Moscow: Svyaz’ [in Russian].
9. Sokol G. I. (2000). Features of acoustic processes in the infrasonic frequency range. Dnepropetrovsk: Promіn’ [in Russian].
10. Sokol G. I., Kotlov V. Yu. (2017). The propulsion unit (PU) of a space rocket as a volumetric radiation source in the first seconds of flight. Algorithm for calculating the acoustic field characteristics. Acoustic Symposium «Konsonans 2017». Kiev [in Russian].
11. Sokol G. I., Mironenko E. S. (2017). Noise from engines during the space vehicles launc. 19th International Youth Scientific and Practical Conference «Space Human». Dnipro [in Russian].
12. Sokol G. I., Mironenko E. S. (2017). Environmental aspects in the study of pulsating engines. 12th International Conference «Days of Science». Prahai Publishing House «Education and Science». ISBN 978-966-8736-05-6. – 224029 [in Russian].
13. Sokol G. I ., Mironenko E. S. (2017). Energy impacts of rocket engine noise during the launch of space rocke. 5th International scientific conference «Current state and problems of statistics, accounting and auditing in the context of globalization and energy efficiency». Dnipro [in Russian].
14. Sokol G. I. et al. (2017). Investigation of radial acoustic sources, their fields and methods of calculating their characteristics at the space rocket launch. Report on research work under the Contract No. 820 dated 26/06/2018. Dnipro. [in Ukrainian].
15. Sokol G. I. et al. (2018). Recalculating the results of measurements on models to a real object. Report on research work under the Contract No. 820 dated 26/06/2018. Dnipro [in Ukrainian].
16. Tyulin V. N. (1976). Introduction to the theory of sound radiation and sound scattering.Moscow: Nauka [in Russian].
17. Ultrasound: The small encyclopedia. (1983). Moscow: Nauka [in Russian].
18. Frolov V. P., Sokol G. I. (2017). Acoustic emissions during the launch of space rockets in the first seconds of flight. 6th International Conference “Space Technologies: Present and Future». Dnepr: DP «KB «Yuzhnoe» im. akad. M. K. Yangelya». [in Russian].
19. Shildt G. (2015). Java 8. Polnoe rukovodstvo [Java 8. The Complete Guide] – Moscow : OOO «I.D. Vil’yams». [in Russian]
20. Bedard A. J., Georges T. M. (2000). Atmospheric infrasound. Physics Today. 32—37.
21. de Groot-Hedlin C. D., Hedlin M. A. H., Drob D. P. (2010). Atmospheric Variability and Infrasound Monitoring. Infrasound Monitoring for Atmospheric Studies.
https://doi.org/10.1007/978-1-4020-9508-5_15
22. Blanc E., Ceranna L. (2009). Infrasound. Science for Security: International Scientific Studies (ISS), Vienna, 11—16.
23. Panda J., Mosher R., Porter D. J. (2013). Identification of Noise Sources during Rocket Engine Test Firings and a Rocket Launch a Microphone Phased-Array. NASA. TM-2013-216625. 1—20.
22. Blanc E., Ceranna L. (2009). Infrasound. Science for Security: International Scientific Studies (ISS), Vienna, 11—16.
23. Panda J., Mosher R., Porter D. J. (2013). Identification of Noise Sources during Rocket Engine Test Firings and a Rocket Launch a Microphone Phased-Array. NASA. TM-2013-216625. 1—20.
https://doi.org/10.1121/1.4830801
24. Sokol G. I., Frolov V. P., Kotlov V. Yu., Davydova A. V., Geti C. V. (2018). Research of acoustic emitting sources and calculation of their characteristics during the launch of the space rocket. Vienna: EGU General Assembly. EGU2018-1760.
24. Sokol G. I., Frolov V. P., Kotlov V. Yu., Davydova A. V., Geti C. V. (2018). Research of acoustic emitting sources and calculation of their characteristics during the launch of the space rocket. Vienna: EGU General Assembly. EGU2018-1760.