Λύσεις — Ενότητα 2.9: Μείωση Θορύβου (σελ. 379-380) – ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΑΕΡΟΣΚΑΦΩΝ Ι Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Ενότητα 2.9: Μείωση Θορύβου

Πέντε ερωτήσεις για τη μείωση του θορύβου των αεριοστρόβιλων κινητήρων: τη γωνία μέγιστης έντασης θορύβου ενός στροβιλοκινητήρα, τις δύο κύριες πηγές θορύβου (ανάμειξη καυσαερίων-αέρα και περιστρεφόμενα πτερύγια), την επιλογή τύπου κινητήρα με κριτήριο τον θόρυβο (στροβιλοανεμιστήρας υψηλού λόγου παράκαμψης), τις τεχνικές μείωσης θορύβου (ηχομονωτική επένδυση, μειωτές θορύβου multitube/corrugated) και τον χρόνο γενικής επισκευής των μειωτών θορύβου.

Μέγιστη ένταση θορύβου στροβιλοκινητήρα

Ερώτηση: Πότε δημιουργείται η μέγιστη ένταση θορύβου από τη λειτουργία του αεροστρόβιλου κινητήρα;

Απάντηση:

• §2.9. «Αντίθετα, στην περίπτωση στροβιλοκινητήρα, η μέγιστη ένταση του θορύβου δημιουργείται, όταν το αεροπλάνο βρίσκεται σε γωνία 45° ως προς τον παρατηρητή, ενώ η μείωσή της δεν είναι τόσο ταχεία.»

Σύνοψη: Η μέγιστη ένταση θορύβου ενός στροβιλοκινητήρα δημιουργείται όταν το αεροσκάφος βρίσκεται σε γωνία 45° ως προς τον επίγειο παρατηρητή· η μείωσή της στη συνέχεια δεν είναι τόσο ταχεία όσο στην περίπτωση ενός εμβολοφόρου κινητήρα με έλικα, όπου ο θόρυβος αυξάνεται απότομα καθώς το αεροσκάφος περνά πάνω από τον παρατηρητή και στη συνέχεια μειώνεται γρήγορα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Μέγιστη ένταση θορύβου στροβιλοκινητήρα: σε γωνία 45° ως προς τον παρατηρητή

Ανάλυση πηγών θορύβου αεριοστρόβιλου κινητήρα

Ερώτηση: Αναλύστε τις πηγές θορύβου από τη λειτουργία του αεριοστρόβιλου κινητήρα;

Απάντηση:

• §2.9.1. «Ο παραγόμενος θόρυβος οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στη λειτουργία του στροβιλοκινητήρα... Αυτός δημιουργείται κυρίως από την ανάμειξη των θερμών καυσαερίων υψηλής ταχύτητας με τον περιβάλλοντα αέρα... Θόρυβος παράγεται και από τον ανεμιστήρα, το συμπιεστή και το στρόβιλο λόγω της περιοδικής κίνησης των πτερυγίων και των διαφορών πίεσης που αναπτύσσονται σε αυτά.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Οι κύριες πηγές θορύβου ενός αεριοστρόβιλου κινητήρα είναι δύο: (1) η ανάμειξη των θερμών καυσαερίων υψηλής ταχύτητας με τον περιβάλλοντα αέρα στην περιοχή μετά το ακροφύσιο εξαγωγής — αυτή είναι η πιο έντονη και ενοχλητική πηγή, με τον θόρυβο κοντά στο ακροφύσιο (μικρό στρώμα ανάμειξης, μικροί στροβιλισμοί) να είναι υψηλής συχνότητας, ενώ πιο μακριά, καθώς το στρώμα ανάμειξης διευρύνεται, ο θόρυβος γίνεται χαμηλής συχνότητας (οι χαμηλές συχνότητες τελικά επικρατούν και διαδίδονται προς όλες τις κατευθύνσεις σε μεγαλύτερη απόσταση)· και (2) ο θόρυβος από τον ανεμιστήρα, τον συμπιεστή και τον στρόβιλο, λόγω της περιοδικής κίνησης των πτερυγίων τους και των διαφορών πίεσης που αναπτύσσονται σε αυτά. Στους στροβιλοανεμιστήρες μάλιστα η κύρια πηγή θορύβου είναι ο ανεμιστήρας, αφού ο θόρυβος από το ρεύμα των καυσαερίων είναι μειωμένος λόγω της ανάμειξης με τη ροή παράκαμψης.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Δύο κύριες πηγές: ανάμειξη καυσαερίων-αέρα (κυρίαρχη) και περιστρεφόμενα πτερύγια ανεμιστήρα/συμπιεστή/στροβίλου

Επιλογή τύπου κινητήρα με κριτήριο τον θόρυβο

Ερώτηση: Ποιον τύπο αεριοστρόβιλου κινητήρα θα χρησιμοποιούσατε αν μοναδικό κριτήριο επιλογής ήταν το επίπεδο του θορύβου κατά τη λειτουργία και γιατί;

Απάντηση:

• §2.9.2. «Οι στροβιλοανεμιστήρες χρειάζονται σπανίως μειωτές θορύβου, αφού η ανάμειξη των θερμών καυσαερίων με τον ψυχρό αέρα της ροής παράκαμψης... περιορίζει σημαντικά τον θόρυβο. Οι στροβιλοαντιδραστήρες, αντίθετα, χρειάζονται συνήθως επιπλέον διατάξεις περιορισμού του θορύβου... οι σύγχρονοι στροβιλοανεμιστήρες, υψηλού λόγου παράκαμψης παράγουν επίπεδα θορύβου, χαμηλότερα των 90db.»

Σύνοψη: Θα επιλεγόταν στροβιλοανεμιστήρας (turbofan) υψηλού λόγου παράκαμψης, γιατί η ανάμειξη των θερμών καυσαερίων με τον ψυχρό αέρα της ροής παράκαμψης, πριν από την εξαγωγή στην ατμόσφαιρα, περιορίζει σημαντικά τον θόρυβο ήδη στην πηγή του, χωρίς να απαιτούνται συνήθως ειδικοί μειωτές θορύβου. Οι σύγχρονοι στροβιλοανεμιστήρες υψηλού λόγου παράκαμψης παράγουν επίπεδα θορύβου χαμηλότερα των 90db, ενώ οι στροβιλοαντιδραστήρες χρειάζονται πρόσθετες διατάξεις μείωσης θορύβου και οι παλαιότεροι από αυτούς παρήγαγαν θόρυβο πάνω από 110db.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Στροβιλοανεμιστήρας υψηλού λόγου παράκαμψης: <90db, έναντι >110db παλαιότερων στροβιλοαντιδραστήρων

Τεχνικές μείωσης θορύβου αεριοστρόβιλου κινητήρα

Ερώτηση: Αναφέρατε τις τεχνικές μείωσης του θορύβου λειτουργίας του αεροστρόβιλου κινητήρα.

Απάντηση:

• §2.9.2-2.9.3. «Η σημαντικότερη μείωση του θορύβου... επιτεύχθηκε με την επέκταση της χρήσης των στροβιλοανεμιστήρων... Μπορεί όμως να εφαρμοσθεί κάποια επεξεργασία, για ακουστικούς λόγους, των επιφανειών των περιβλημάτων του κινητήρα... είναι η εφαρμογή ηχομονωτικής επένδυσης... Αυτό επιτυγχάνεται με την τοποθέτηση διατάξεων διαίρεσης της ροής μετά τον κώνο εξαγωγής... πολλαπλοί αγωγοί (multitube suppressors)... ή αγωγός με “αυλακωτή” περίμετρο (corrugated perimeter).»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Οι κύριες τεχνικές μείωσης θορύβου είναι: η χρήση στροβιλοανεμιστήρων υψηλού λόγου παράκαμψης, όπου η ανάμειξη των καυσαερίων με τον ψυχρό αέρα της ροής παράκαμψης περιορίζει τον θόρυβο ήδη στην πηγή του· η εφαρμογή ηχομονωτικής επένδυσης στις εσωτερικές επιφάνειες των περιβλημάτων του κινητήρα, για ακουστικούς λόγους· και, κυρίως στους στροβιλοαντιδραστήρες, η τοποθέτηση διατάξεων διαίρεσης της ροής καυσαερίων μετά τον κώνο εξαγωγής (μειωτές θορύβου), όπως οι πολλαπλοί αγωγοί (multitube suppressors) ή ο αγωγός αυλακωτής περιμέτρου (corrugated perimeter), οι οποίες επιταχύνουν την ανάμειξη των καυσαερίων με τον ψυχρό περιβάλλοντα αέρα αυξάνοντας την επιφάνεια ανάμειξης. Παράλληλα, απαιτείται περιοδική επιθεώρηση των μειωτών θορύβου για ρωγμές και η χρήση ηχοπροστατευτικών μέσων (ωτασπίδες, ακουστικά) από όσους εργάζονται κοντά σε λειτουργούντα κινητήρα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Μειωτές θορύβου: πολλαπλοί αγωγοί (multitube) ή αυλακωτή περίμετρος (corrugated perimeter), σε συνδυασμό με ηχομονωτική επένδυση

Χρόνος επισκευής μειωτών θορύβου (Σ/Λ)

Ερώτηση: Οι μειωτές θορύβου επιτρέπουν μεγαλύτερους χρόνους λειτουργίας πριν από τη συνιστώμενη γενική επισκευή από τους κινητήρες.

ΣΩΣΤΟ ❐ ΛΑΘΟΣ ❐

Απάντηση:

• §2.9.3. «Αν και ο χρόνος γενικής επισκευής τους θα πρέπει να αντιστοιχεί σε αυτόν του κινητήρα, είναι απαραίτητο να επιθεωρούνται περιοδικά, για την ανεύρεση ενδείξεων ρωγμών, οι οποίες προκαλούνται από τις υψηλές θερμοκρασίες λειτουργίας τους.»

Σύνοψη: ΛΑΘΟΣ. Ο χρόνος γενικής επισκευής των μειωτών θορύβου πρέπει να αντιστοιχεί σε αυτόν του κινητήρα (όχι να είναι μεγαλύτερος)· επιπλέον απαιτείται περιοδική επιθεώρησή τους για ανεύρεση ρωγμών που προκαλούνται από τις υψηλές θερμοκρασίες λειτουργίας.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Λάθος: ο χρόνος γενικής επισκευής των μειωτών θορύβου αντιστοιχεί σε αυτόν του κινητήρα, δεν είναι μεγαλύτερος