Instalacje testowe aeroakustyczne na NASA Glenn Research Center
Zespoły badawcze na NASA Glenn Research Center prowadzą eksperymenty w obiektach światowej klasy, takich jak 9-by-15-stopowy tunel wiatrowy niskiej prędkości (9 x 15 LSWT), Laboratorium Propulzji Aeroakustycznej (AAPL), Mały Akustyczny Zestaw Jetowy (SHJAR), Stanowisko Testowe Akustyki Dyszy (NATR), DGEN Aero-propulsion Research Turbofan (DART) oraz Laboratorium Akustycznych Badań (ATL).
Tunel wiatrowy niskiej prędkości o wymiarach 9 na 15 stóp został zaprojektowany tak, by badaczom zapewnić kontrolowane środowisko do badania aerodynamiki i akustyki silników lotniczych podczas startu i lądowania. Umożliwia ograniczanie hałasu w społecznościach znajdujących się w pobliżu lotnisk. W 2019 roku zakończono znaczące modyfikacje, mające na celu poprawę przepływu i obniżenie tła hałasu tunelu. Nowy, 5-czujnikowy, przesuwany rake mikrofonowy pomaga mierzyć dźwięk generowany przez modele napędów eksperymentalnych w skali.
Laboratorium Propulzji Aeroakustycznej (AAPL) to dwufunkcyjna kopuła geodezyjna o promieniu 65 stóp, wykorzystywana do ograniczania hałasu w społecznościach i do prowadzenia testów aeroakustycznych silników lotniczych i ich elementów. Obszar testowy wewnątrz kopuły może być konfigurowany jako hemi-anechoiczna lub anechoiczna komora. W kopule nie ma echa podczas testów, ponieważ 17 000 niestandardowych klinów z włókna szklanego o grubości 2 stóp jest zamontowanych na wewnętrznej powierzchni kopuły i umieszczonych na podłodze oraz wokół stanowisk testowych, aby pochłaniać dźwięk i zapobiegać odbiciom dźwięku. Kiedy AAPL został wybudowany w 1993 roku, był to pierwszy znany wolnostojący kopułowy geodezyjny, który zawierał materiały redukujące przenoszenie dźwięku przez ściany i pochłaniające dźwięk wewnątrz niego. Obecnie AAPL mieści Nozzle Acoustic Test Rig (NATR), Small Hot Jet Acoustic Rig (SHJAR) i DGEN 380 Aeropropulsion Research Turbofan (DART).
SHJAR to jeden z trzech stanowisk zainstalowanych wewnątrz kopuły anechoicznej Laboratorium Propulzji Aeroakustycznej. Można go używać do testowania pojedynczych dysz o średnicy do 5 cm, Mach 2,0 i 800 K. SHJAR jest kluczowym narzędziem łączącym geometrię dyszy, przepływ strugi i hałas. Kreatywne projekty dysz mogą być projektowane dla tego stanowiska stosunkowo tanio, a ich wpływ na przepływ i hałas mierzy się przy użyciu światowej klasy technik pomiarowych. Naukowcy z NASA Glenn wykorzystują SHJAR do opracowywania zaawansowanych technik pomiaru przepływu, takich jak rozpraszanie Rayleigha, rozpraszanie Ramana, cyfrowy Schlieren oraz PIV (Particle Image Velocimetry) w czasie rzeczywistym. Zastosowano trójwymiarowe układy mikrofonów do mapowania źródeł hałasu. Te techniki dają obietnicę rozwikłania części tajemnic dotyczących tego, jak turbulencje wywołane przez dyszę generują hałas. Dane z tego stanowiska służą do walidacji kodów komputerowych opracowywanych w celu obliczania hałasu jetu. Lepsze kody przewidywania hałasu pomogą inżynierom projektować cichsze dysze.
Wśród licznych pierwszych osiągnięć w badaniach nad turbulencjami jetu, prowadzonych na SHJAR, ostatnio dokonano czasowo rozdzielonych pomiarów temperatury turbulencji z wykorzystaniem optycznych metod Ramana, uzyskując wysokoczęstotliwościowe pomiary fluktuacji temperatury termodynamicznej niezbędnych do uzupełnienia modeli turbulencji stosowanych w wymianie ciepła oraz hałasu jetu. W 2006 roku badacze zastosowali pierwsze w historii czasowo rozdzielane obrazowanie przepływu (PIV) do pomiaru zależności czasowo?przestrzennych prędkości turbulentnych w gorących jetach, statystyki przepływu kluczowej dla wytwarzania hałasu. Czasowo?rozdzielona velocymetria była także używana do mapowania prędkości konwekcji turbulencji, kolejnego wskaźnika przepływu wymaganego przez teorię hałasu jetu, ale wcześniej niedostępnego w gorących jetach.
Nozzle Acoustic Test Rig (NATR), czyli darmowy tunel wiatrowy, odgrywa kluczową rolę w ocenie koncepcji redukcji hałasu dysz, tak aby wybrać spośród nich te najbardziej obiecujące do testów silników w pełnej skali. Modele dysz w skali zarówno z silników wojskowych, jak i komercyjnych samolotów mogą być testowane w NATR, który jest jednym z trzech stanowisk testowych mieszczących się w Laboratorium Propulzji Aeroakustycznej. NATR może symulować warunki lotu startu i lądowania do Mach 0,35. Symulator silnika odrzutowego z do trzynastu strumieniami powietrza w różnym ciśnieniu i temperaturze symuluje przepływ silnika turbofan, aby ocenić zaawansowane koncepcje dysz. Krzywa mikrofonów rozmieszczonych nad nim jednocześnie mierzy hałas w dalekim polu pod wszystkimi kątami, co pozwala na dokładne odwzorowanie pomiarów na hałas słyszany przez rzeczywisty samolot przelatujący nad głową. NATR umożliwia inżynierom ocenę wielu koncepcji redukcji hałasu dysz przy ułamku kosztów i czasu potrzebnego do testu pełnoskalowego silnika.
Przez 30-letnią historię NATR był źródłem wielu ważnych przełomów w hałasie jetów. Pierwotnie zbudowany, aby wspierać testy hałasu jetów dla programu High-Speed Research na komercyjnych samolotach naddźwiękowych, obiekt ten gościł wiele programów testowych prowadzonych przez NASA i branżę. Dysze o kątach ukośnych Chevron zostały po raz pierwszy "odkryte" podczas kampanii testowej prowadzonej przez NASA w 1997 roku. Z biegiem lat branża wykorzystała to stanowisko do opracowania metod przewidywania hałasu dla projektów krótkoterminowych. NASA badała koncepcje niskiego hałasu dla silników, które jeszcze nie są dostępne, takie jak silniki z podwójnymi wentylatorami. Ostatnie testy mierzyły hałas, który prawdopodobnie będzie słyszalny w samolotach naddźwiękowych, co zmniejsza ryzyko, że te unikalne maszyny nie będą mogły latać z obecnych lotnisk. Testy wskazują także technologie redukcji hałasu, umożliwiając projektantom samolotów uczynić maszyny bardziej wydajnymi i przyjaznymi środowisku.
Stanowisko Nozzle Acoustic Test Rig (NATR) w Laboratorium Propulzji Aeroakustycznej jest jednym z trzech stanowisk testowych mieszczących się w obiekcie i odgrywa kluczową rolę w ocenie koncepcji redukcji hałasu dysz, tak aby wybrać spośród nich te najbardziej obiecujące do testów silników w pełnej skali. Dysze w skali z silników wojskowych i komercyjnych samolotów mogą być testowane w NATR, który może symulować warunki startu i lądowania do Mach 0,35. Symulator silnika odrzutowego z do trzynastu strumieniami powietrza w różnym ciśnieniu i temperaturze symuluje przepływ silnika turbofan, a rozmieszczone nad dyszą mikrofony mierzą hałas w dalekim polu pod wszystkimi kątami, co umożliwia odwzorowanie pomiarów na hałas słyszany przez samolot przelatujący nad głową.
DGEN 380 to główny element zintegrowany w DGEN Aero-propulsion Research Turbofan (DART) w NASA Glenn Research Center. Służy jako elastyczna, istotna, eksperymentalna platforma testowa aeroakustyczna i aero-propulsji, dostarczając cennych informacji w całym procesie dojrzewania technologii NASA dla różnorodnych badań multidyscyplinarnych, obejmujących hałas turbofanów, sterowanie silnikiem, efekty instalacyjne i technologie pomiarowe.
Ostatnie testy zakończono w sierpniu 2019 r. w celu lepszego zrozumienia źródeł hałasu napędu, co umożliwiło opracowanie udoskonalonych metod przewidywania hałasu turbofanów i technik łagodzenia hałasu. Jednoczesne pomiary akustyczne uzyskano za pomocą okrężniczej macierzy sond o nieskończonym przewodzie przy wylocie rdzenia dyszy, w połączeniu z bocznymi i dalekiego zasięgu układami mikrofonów. Rozbudowany zestaw danych pozwoli na zastosowanie zaawansowanych metod separacji źródeł i układów fazowanych w celu wyjaśnienia nie tylko struktury hałasu rdzenia, lecz także charakterystyki propagacji innych źródeł hałasu napędów.
Laboratorium Akustycznych Badań NASA GRC jest używane do wspierania misji NASA w zakresie ludzkiej eksploracji kosmosu i badań lotniczych. ATL to wszechstronna komora testowa, którą można konfigurować jako anechoiczną lub hemi-anechoiczną. Gęsty materiał gumowy w ścianach i na suficie ATL pochłania lub odbija dźwięk z zewnątrz. Kliny z włókna szklanego o grubości 34 cali, wyściełające ściany i podłogę, zaprojektowano tak, aby pochłaniać 99% padającego dźwięku powyżej 100 Hz, co pomaga stworzyć idealne środowisko do wykonywania pomiarów akustycznych. Do prowadzenia pomiarów dołączono osobną salę kontrolną dla hałaśliwego sprzętu lub osób potrzebnych do wykonywania pomiarów.
ATL był używany do kwantyfikowania emisji hałasu z eksperymentów wykonywanych na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, do pomiaru źródeł hałasu i poziomów z silników elektrycznych, do kalibracji sprzętu mikrofonowego, do oceny skuteczności izolatorów akustycznych dla modeli silników lotniczych oraz do oceny rozmieszczenia silnika nad skrzydłem w celu ograniczenia hałasu przy starcie i lądowaniu. Ostatnie testy w ATL obejmowały także model wlotu silnika samolotu naddźwiękowego oraz wentylator kabiny statku kosmicznego.
Dziękujemy, że przeczytałaś/eś artykuł!
