Koaxiális propfan forgásfrekvenciákhoz köthető zajforrásainak elemzése nyalábformálási technológia és POD analízis alkalmazásával
Koaxiális propfan forgásfrekvenciákhoz köthető zajforrásainak elemzése nyalábformálási technológia és POD analízis alkalmazásával
Simon Eszter BSc IV. évfolyam
e-mail: eszter.simon24@gmail.com
Konzulensek:
Dr. Horváth Csaba, Áramlástan Tanszék
e-mail: horvath@ara.bme.hu
Fenyvesi Bence, Áramlástan Tanszék
e-mail: fenyvesi@ara.bme.hu
Az 1970-es, ’80-as években a növekvő üzemanyagárak következtében egyre több kutatóintézet és repülőgéphajtómű - tervező kezdett el foglalkozni a koaxiális propfan típusú hajtóművekkel. Kiváló hatásfoka miatt a technológia alkalmazása gazdasági és környezeti szempontból is kedvező, viszont széleskörű elterjedését többek között akadályozza az általa generált magas zajszint. Mivel a korabeli technológia még nem tette lehetővé, hogy erre a problémára megoldást találjanak, a kutatásokat felfüggesztették. A 21. század elején az ismét növekvő üzemanyagárak, illetve a szigorodó zajcsökkentési és károsanyag-kibocsátási irányelvek megjelenésével ismét növekvő érdeklődés figyelhető meg a koaxiális propfan iránt. A rohamosan fejlődő modern szimulációs, mérési és adatfeldolgozási módszerek korábban nem elérhető vizsgálati módok alkalmazását teszik lehetővé.
A forgógépek zajkeltési mechanizmusainak egyik csoportja a forgásfrekvenciákhoz köthető zajforrások, melyek keletkezésének okai rendszerint bizonyos fordulatszámmal kapcsolatba hozható események. Dolgozatomban e csoport egyik alcsoportjával, a vizsgált koaxiális propfan hátsó lapátsorának egyik lapátján elhelyezett mérőeszköz által keltett forgásfrekcenviához köthető zajforrás vizsgálatával foglalkozom. Célom, ezen zajforrások kiszűrése az egyéb zajkeltési mechanizmusok közül. A munkámhoz szükséges mérési adatokat a NASA/GE F31/A31 Historical Baseline típusú lapátsorral ellátott koaxiális propfan repülőgép-hajtóműn végzett mérések szolgáltatják, melyet a NASA Glenn Research Center-ben végeztek. Az alkalmazott mikrofontömbös méréstechnika, valamint az adatfeldolgozás során használt nyalábformálási technológia, az egy mikrofonos zajvizsgálati módszerekkel szemben, lehetővé teszi a zajforrások térbeli lokalizálását. A dolgozatban alkalmazott módszer újdonsága, hogy a zajtérképek és a spektrum együttes vizsgálata lehetővé teszi, hogy a forgásfrekvenciához köthető zajforrásokról többlet információra tegyünk szert, elkülönítve azokat az egy frekvenciasávba eső többi zajforrástól (szélessávú zajforrások, lapát elhaladási frekvenciához köthető zajforrások, stb.). A feldolgozás eredményeként megkapjuk az egyes frekvenciasávokhoz tartozó nyalábformálási térképeket, valamint a zaj spektrumát.
A koaxiális propfan zajforrásait két nagy csoportra tudjuk osztani, koherens és inkoherens forrásokra, továbbá ezeken belül két-két alcsoportot hozhatunk létre álló, valamint forgó források. Bár a koaxiális propfan tonális zajösszetevőjének domináns részét alkotják a forgó koherens zajforrások, azok kiszűrése után azt tapasztaltam, hogy még mindig láthatók kiugró csúcsok a spektrumon. Ezeket tovább elemezve észrevehető, hogy a fennmaradó domináns zajforrások nagy része a hátsó rotor egyik lapátjára lokalizálható, ahol jelen esetben egy mérőeszközt helyeztek el. Egy másik koaxiális propfan konfiguráció zajtérképét elemezve azt tapasztaltam, hogy ezek a forgásfrekvenciákhoz köthető zajforrások kevésbé dominánsan jelennek meg, mint az előző esetben, így nehezebben lehet kiszűrni őket. Ehhez hívtam segítségül a POD (Proper Orthogonal Decomposition) módszert, amely egy igen nagy adathalmazból képes szűrni a domináns jellemzőket.
A dolgozatban alkalmazott rendhagyó módszer használatával átfogóbb képet kaphatunk a koaxiális propfan forgásfrekvenciákhoz köthető zajforrásairól. A hajtómű zajkeltési mechanizmusainak megismerésével az általa generált zajszint csökkenthetővé válik, amely nagyban hozzájárulhat széleskörű elterjedéséhez.
