Graduate Theses GRI-2017-19108

Title:Αεροδυναμική παραγωγή του ήχου και η επίδραση του στην αεροακουστική συμπεριφορά του αεροπορικού κινητήρα Αντίστροφα Περιστρεφόμενου Ανοιχτού Ρότορα
Aerodynamic generation of sound and its impact on the aeroacoustic performance of a Contra Rotating Open Rotor engine
Authors: Κάββαλος Μαυρουδής
Department: Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Πολυτεχνική Σχολή, Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών
Language:Greek
Physical Description:114 p.
Publ. Date:2017
Abstract:Κύριος σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη του ήχου ως ένα φυσικό φαινόμενο και πως αυτό συνδέεται με την ανάπτυξη των αεροπορικών κινητήρων. Η μελέτη για την αεροδυναμική παραγωγής του ήχου είχε αρχίσει απο το 1971 όταν και οι πατέρες της ακουστικής Ffowcs Williams και Hawkings προσπάθησαν να συνδέσουν την επιστήμη της φυσικής με αυτήν της μηχανικής για το πως παράγεται ο ήχος σε μια δέσμη (jet). Χρησιμοποιώντας ειδικές έννοιες όπως μονή πηγή, δίπολο και τετράπολο, ερμήνευσαν την παραγωγή θορύβου με φυσικά φαινόμενα που λαμβάνουν στο πεδίο της αεροακουστικής. Ήταν το πρώτο και καθοριστικό βήμα ώστε να συμπεριληφθεί ο ήχος σε μια από τις βασικές παραμέτρους που επιδρούν στην ανάπτυξη της τεχνολογίας των αεροπορικών κινητήρων. Μετά την εκπομπή ρύπων, διεθνείς νομοθεσίες αφορούν τα επιτρεπόμενα όρια θορύβου που μπορεί να εκπέμπει ένας αεροπορικός κινητήρας προκειμένου να κριθεί κατάλληλος για μαζική παραγωγή. Στην παρούσα λοιπόν διπλωματική γίνεται μια προσπάθεια κατανόησης του θεωρητικού υποβάθρου της ακουστικής επιστήμης και έπειτα γίνεται μια προσπάθεια οι αρχές που διέπουν τα ακουστικά φαινόμενα να εφαρμοσθούν στην επιστήμη της μηχανικής και ειδικά των αεροπορικών κινητήρων. Σε αυτό το σκέλος γίνεται μια αναφορά στους ανηχοϊκούς θαλάμους και στην εφαρμογή τους σε πειράματα ακουστικής. Στη συνέχεια μελετάται μια αρχιτεκτονική κινητήρα που είναι πολλά υποσχόμενη για το μέλλον, καθώς πληροί τα κριτήρια εκπομπής ρύπων και κατανάλωσης καυσίμου. Πρόκειται για τον λεγόμενο Αντίστροφα Περιστρεφόμενο Ανοιχτού Ρότορα κινητήρα (Contra Rotating Open Rotor – CROR). Ο λόγος που μελετάται αυτός ο κινητήρας υφίσταται στο βασικό μειονέκτημα του, που είναι η εκπομπή θορύβου λόγω της εξωσκελετικής γεωμετρίας των εξωτερικών ροτόρων. Αυτό προκαλεί αρκετές πηγές θορύβου τόσο στην καμπίνα του αεροσκάφους κατά τη διάρκεια ευθείας οριζόντιας πτήσης, όσο και κατά τη διάρκεια προσγείωσης/απογείωσης στις περιοχές κοντά στο αεροδρόμιο. Για το λόγο αυτό γίνεται προσπάθεια, αρχικά, κατανόησης των πηγών αεροδυναμικού θορύβου στη συγκεκριμένη περίπτωση και έπειτα, αντιμετώπιση του με διάφορες πειραματικές τεχνικές και τεχνικές προσομοίωσης. Στο τέλος, γίνεται αναφορά στην προσπάθεια μελέτης, σχεδίασης και κατασκευής ενός μοντέλου κινητήρα CROR σε μικρή κλίμακα ώστε να καταστεί εφικτή μια πειραματική μελέτη των προαναφερθέντων δεδομένων. Απαραίτητο βήμα για να γίνει κάτι τέτοιο είναι να τηρείται η ομοιότητα της ροής στο πείραμα και στην πραγματικότητα και απαραίτητη προϋπόθεση γι’ αυτό είναι τα όμοια τρίγωνα ταχυτήτων, τα οποία υπολογίζονται μέσω ενός κώδικα που γράφηκε.

The main purpose of this Dipl. Eng. thesis is the study of sound as a physical phenomenon and how this relates to technological advances of aero-engines. The study of aerodynamic generation of sound begun in 1971, when Ffowcs Williams and Hawkings, known as fathers of acoustics, tried to relate the science of physics with engineering and how sound is generated in a jet. They used definitions like single source, dipole and quadrupole. This was the first and vital step for sound to considerer as an important parameter that affects the improvement of aero-engines. Regulations are now related to the limits of generated sound from engines in order an aircraft engine to be proper for massive production. So, in this thesis there is a background on sound characteristics and application of them in real engine acoustic problems. Anechoic chamber is an example of this application and how it is used in acoustic experiments. Moreover, a promising aero-engine architecture is investigated, called Contra Rotating Open Rotor (CROR). This engine has low emissions and fuel consumption, but its major drawback is the exaggerated sound generation from the contra rotating propellers. This leads to high levels of sound emissions either to the aircraft cabin at cruise or near fields of airport at take-off/ landing. The first step is the understanding of the sources of aerodynamic generation of sound and the second is the effort to reduce the levels of sound production with experimental and simulation techniques. Lastly, it is presented an investigation, design and manufacturing of a CROR model engine in small scale. Necessary step is flow similarity between real and experimental conditions and consequently similarity on velocity triangles required, which are calculated by a code.
Supervisor:Κάλφας, Ανέστης Ι.
Keywords:Anechoic chamber , Aεροακουστική συμπεριφορά Tρίγωνα ταχυτήτων, CROR, Aeroacoustic performance Velocity triangles, Aνηχοϊκός θάλαμος, αεροδυναμική παραγωγή του ήχου, κινητήρας Αντίστροφα Περιστρεφόμενου Ανοιχτού Ρότορα, aerodynamic generation of sound
Related files:Fulltext: PDF File with license Δείτε την σχετική άδεια κάνοντας κλικ εδώ!


 Record created 2017-04-12, last modified 2017-04-17


Fulltext:
Download fulltext
PDF File
with license:Δείτε την σχετική άδεια κάνοντας κλικ εδώ!