Численное моделирование вибраций панели летательного аппарата при воздействии акустических пульсаций давления

Abstract

Исследованы характеристики вибраций тонкостенной конструкции при воздействии случайных полей давления, определяемых пристеночными пульсациями в турбулентном пограничном слое при режиме обтекания максимального скоростного напора и пульсациями, вызванными шумом реактивной струи двигателя в момент старта. Предполагается, что шум от реактивной струи двигателя обусловливается акустической продольной бегущей волной вдоль корпуса изделия и акустическим диффузным полем, в частности, возникающим вследствие отражения акустической волны от стартовых сооружений. В качестве тонкостенной конструкции рассматривается обтекаемая панель носовой части изделия, выполненная из композиционных материалов. В состав панели, кроме полотна, входят окружные подкрепляющие ребра с двумя шпангоутами. Приведены математические модели задания внешних воздействий и алгоритмы определения характеристик случайной вибрации при воздействии случайных полей давления. Расчет амплитудно-частотной характеристики системы производится методом суперпозиции форм. Пространственная корреляционная функция пристеночных пульсаций давления в турбулентном пограничном слое определяется согласно выражению Коркоса, в котором коэффициенты затухания пространственной корреляционной функции корректируются согласно модели Ефимцова. Спектральная плотность пристеночных пульсаций давления в турбулентном пограничном слое определяется согласно модели Ефимцова. Уровни акустического воздействия, обусловленного шумом реактивной струи двигателя в момент старта, определялись из расчета задач газовой динамики и задаются в качестве исходных данных. Представлены спектральные характеристики виброускорений тонкостенной конструкции в зависимости от частоты и их распределение по поверхности исследуемой конструкции в окрестности центральной частоты, на которой наблюдается максимальное нагружение. Предполагается, что рассчитанные уровни нагрузок будут использованы в качестве режимов нагружения при экспериментальной отработке компонентов изделия. Investigation vibration characteristics of thin-walled shell when excitation of random pressure fields defined of wall pressure fluctuations in a turbulent boundary layer at flow regime of maximum dynamic pressure and fluctuations induced by the noise of a jet engine at the start. Is assumed that the noise from the jet engine is described a longitudinal acoustic wave propagating along the product's enclosure and diffuse acoustic field, in particular emerging as a result reflection of acoustic waves from the launch facility. As a thin-walled structure is considered streamlined panel fairing products made of a composite materials. In structure of the panel, except shell, included reinforcing circumferential ribs with two frames. The mathematical model presented for described external effects and algorithms for determining of a random vibration characteristics when exposed to fields random pressure. The calculation of the frequency response of the system is produced by the superposition of forms. The spatial correlation function of wall pressure fluctuations in turbulent boundary layer is determined according to the expression Corcos, in which the coefficients the damping of the spatial correlation function are corrected according to the model Efimtsov. The spectral density of wall pressure fluctuations in the turbulent boundary layer is determined according to the model Efimtsov. The levels sound of acoustic pressure caused by the noise of a jet engine at the start is determined by calculating of gas dynamics, and are given as the initial data. It shows the spectral characteristics of the vibration acceleration thin-walled structure depending on the frequency and distribution of the surface of the structure in a neighborhood of the central frequency at which there is maximum loading. It is assumed that the calculated levels of loads will be used as loading conditions during experimental testing of parts.