Кладун Е.А.

Национальный технический университет Украины “КПИ”

О влиянии формы функции модуляции на спектр роторной сирены

 

        Современные региональные войны и конфликты, являясь неядерными, используют достаточно мощные средства ведения боевых действий. К ним можно отнести стратегическую бомбардировочную авиацию, тактическую и палубную авиацию, авиацию специального назначения, авианосцы, а также носители крылатых ракет морского базирования – атомные подводные лодки и наводные корабли. За последние 12 лет по инициативе USA произошли четыре региональные войны – операция «Буря в пустыне» против Ирака в 1991 г., военные действия сил НАТО против Югославии в 1999 г., антитеррористическая кампания в Афганистане в 2001 г. и операция «Шок и трепет» против Ирака в 2003 г.

        Общая мощность двигателей стратегической бомбардировочной авиации (СБА типа В-2А, В-52Н, В-1В) измеряется в пределах 10…40 мВт. При этом двигателями инжектируется около 13…40 Т продуктов сгорания топлива (за 150 самолетовылетов их масса составляет около 2…6 кТ). Мощность двигателей самолета тактической и палубной авиации (ТПА) близка к 8…16 мВт и при этом выбрасывается в атмосферу около 11…25 Т выхлопных газов.

        В акустические колебания трансформируется около 10-4 мощности реактивных двигателей. Для одного самолета СБА и ТПА она составляет 1…4 и 0,8…1,6 кВт соответственно. При полете самолета в течение 1 часа энергия акустических колебаний примерно равна 3,6…14,4 и 2,9…5,8 мДж соответственно. Один самолет, например, в небе над Ираком (по данным INTERNET – www.irak.ru, www.rambler.ru и др.) в марте 2003 г. во время боевых действий инжектировал в среду суммарное энерговыделение 6∙103 Дж (речь идет о продуктах сгорания топлива и акустической энергии). Это соответствует мощности акустических колебаний 0,8…1,6 кВт и энергии 2,9…5,8 мДж.

        Проникающее внутрь фюзеляжа акустическое излучение оказывает влияние на динамику приборов командно-измерительного комплекса летательных аппаратов, приводя к появлению погрешностей измерений. Это в равной степени относится как к пилотажному, так и к навигационному оборудованию. Особенно нежелательно это воздействие на чувствительные элементы систем коррекции, прямые функции которых состоят в реакции на тот или иной входной параметр. Звуковые поля генерируют в механических системах приборов акустическую вибрацию элементной базы суммарное действие которой воспринимается прибором в виде входного сигнала и, как следствие, порождает ошибку измерений. Как показывают экспериментальные исследования, наиболее опасны такие отклонения от паспортных значений технических характеристик для систем инерциальной навигации .

        Не проводя подробного анализа явления, обратим внимание на необходимость создания испытательных стендов натурных и полунатурных аттестационных работ бортовой аппаратуры. Основным элементом таких стендов служит генератор аэродинамического шума, назначение которого состоит в воспроизведении, максимально приближенных к натурным, условий старта. Это позволит учесть особенности и синтезировать средства подавления влияния внешних акустических воздействий.

Для конкретности рассмотрим генератор аэродинамического шума на базе роторной динамической сирены. При равномерном распределении в окружном направлении окон на статоре и роторе, спектр сирены представляет собой ниспадающую кривую, в которой присутствуют 50-60 нижних гармоник. Остальные отсутствуют. Но элементы приборов могут реагировать как раз именно на высокие частоты, либо отдельные полосы частот. Таким образом, для объективной оценки акустической устойчивости аппаратуры необходимо предусмотреть возможность такой вариации.

Предлагается треугольная форма функции модуляции (рис.1,а).

Ее спектр может быть вычислен по формуле:

,

где n – номер гармоники; f0 – висота импульса; р – число единичных импульсов в течение периода Т.

Числовой анализ для массогабаритных реальных конструкций дает желаемую многополосную структуру спектра звукового излучения  (рис.1,в). Здесь принять число мест т=18.

 

          

                             а)                                                             в)

Рис. 1: а - функция модуляции однороторной сирены; в - спектр сирены с треугольной функцией модуляции

 

Таким образом, для числа n=100, спектр представляет собой три полосы: 0-30; 30-60; 70-100. Очевидно, что уровень звука практически одинаков для всех гармоник. Это дает возможность для объективной оценки степени влияния проникающих полей на блок приборов.