 |
Испытание акустический шум
|
|
|
|
Для центрифуг, предназначенных для проведения испытаний изделий, необходимо установить: границы диапазона изменения температуры окружающей среды; допуск на отклонение стола от горизонтальной плоскости; для более точного воспроизведения реальных условий эксплуатации – границы скорости нарастания ускорения; диапазон изменения ускорения по площади изделия; параметры вибрации, возникающей в системе привода центрифуги; диапазон изменения длины плеча при изменении скорости центрифуги.
В методике проведения испытаний должны быть приведены сведения по испытуемому изделию и воздействующему на него заданному закону изменения перегрузки.
Особый интерес для разработчиков блоков и узлов аппаратуры представляют перегрузки, вызванные динамическими факторами.
Отличительной особенностью перегрузок является сравнительно большая длительность действия, измеряемая обычно от 1 с до нескольких десятков секунд. Однако формы импульсов разнообразны, что имеет существенное значение при выборе метода их имитации.
Наиболее распространенные формы импульсов, которые воспроизводятся на центрифугах, приведены на рисунке 15.
Особенность перегрузок группы I – быстрый фронт нарастания и спада перегрузи. Поэтому имитация законов изменения перегрузок этой группы на центрифугах представляет ряд сложностей.
I – восходящий участок; II – участок постоянной перегрузки; III – нисходящий участок
Рисунок 15 – Форма импульсов, воспроизводимых на центрифугах
Преимущества этого метода: полное воспроизведение временного закона перегрузок на одной центрифуге, что позволяет лучше оценивать функциональную способность испытываемых изделий; упрощение самих испытаний по сравнению с испытаниями на различных испытательных стендах; достижение экономии за счет снижения суммарных затрат труда на испытания; уменьшение количества применяемой измерительной и регистрирующей аппаратуры.
|
|
|
Недостатки этого метода: трудность создания ударной центрифуги для испытаний изделий больших масс и габаритных размеров, что практически исключает возможность проведения испытаний этих изделий на центрифугах.
При испытаниях на ударных стендах можно рекомендовать следующие имитации законов перегрузки К (рисунок 16):
1) если сумма времени нарастания перегрузки t1 и времени спада перегрузки t3 меньше 100 мс, то на ударном стенде воспроизводят одновременно восходящий и нисходящий участки (рисунок 16, а);
2) если сумма t1 и t3 равна 100 мс (рисунок 16, б), т.е. ее трудно воспроизводить на ударном стенде, то реально необходимо воспроизводить на ударном стенде раздельно восходящий и нисходящий участки (рисунок 16, в, г).
Участок t2 в обоих случаях воспроизводят на центрифуге.
Преимущества этого метода: возможность производить испытания изделий любых массы и габаритных размеров.
Недостатки этого метода: невозможность полного воспроизведения кривой перегрузки на одной установке, что значительно «перегружает» изделие и искажает реальную картину эксплуатации; увеличение стоимости испытаний изделий небольшой массы вследствие увеличения затрат труда на установку изделия, монтаж и демонтаж измерительной и регистрирующей аппаратуры; увеличение числа установок измерительной и регистрирующей аппаратуры по сравнению с испытаниями на ударной центрифуге.
Рисунок 16 – Формы импульсов перегрузки
Перегрузки группы II имеют вид «колоколобразного» импульса, время нарастания перегрузки и длительность всего процесса измеряются обычно десятками секунд. Максимальные значения перегрузки достигают нескольких сотен секунд.
|
|
|
Воспроизводить реальные кривые перегрузок группы II на обычных центрифугах невозможно, так как существующие установки предназначены для испытания изделий при постоянной угловой скорости центрифуги.
В основу классификации центрифуг положены следующие эксплуатационные параметры: категория, конструкция, тип привода, нагрузка на плечо, назначение.
В зависимости от создаваемых ускорений центрифуги можно разделить на следующие категории: «А» - до 250 м/с2; «Б» - до 500 м/с2; «В» - до 1000 м/с2; «Г» - 2000 м/с2; «Д» - свыше 2000 м/с2.
По конструкции различают центрифуги с поворотными столами; с неповоротными столами; с ударными платформами.
Центрифуги с поворотными столами применяют в основном для имитации восходящего линейного участка и синусоидального всплеска кривых перегрузок группы 1.
У центрифуг с поворотными и неповоротными столами может быть изменяющийся радиус вращения изделия.
По типу привода различают центрифуги с электрическим приводом; с гидравлическим приводом; с комбинированным приводом.
В зависимости от грузоподъемности центрифуги классифицируют следующим образом: малые – до 10 кг; средние – до 50 кг; тяжелые - до 100 кг; сверхтяжелые – свыше 100 кг.
По назначению центрифуги можно разделить на две группы типа: для испытания на линейные перегрузки и для испытания при комплексном воздействии факторов окружающей среды.
Различают центрифуги для испытания на линейные перегрузки: с фронтом нарастания перегрузки 0,001 – 0,1 с; с фронтом нарастания перегрузки свыше 0,1 с.
Основными источниками акустического шума являются выхлопная струя газотурбинного двигателя, пульсации давления в турбулентном пограничном слое, срыв потока и др. в отличие от других видов внешних воздействий (нагрузок), действующих на изделие, у акустических нагрузок есть особенности: широкий спектр частот, изменяющихся от единиц герц до нескольких килогерц, случайный характер изменения во времени и в пространстве и др.
Воздействие акустического шума на аппаратуру приводит к механическому возбуждению деталей и узлов конструкций аппаратуры и изделий. Отличие этих возбуждений от возбуждений, вызванных вибрацией, состоит в распределенном воздействии нагрузок, зависящих не только от уровня звукового давления, но и от площади изделия.
|
|
|
олько от уровня звукового давления, но и от площади изделия и др.
Практика показывает, что для проведения испытаний на воздействие акустического шума необходимо создание звуковых давлений доходящих до 175 дБ в широком диапазоне частот.
Цели акустических испытаний определяются конкретными задачами, которые необходимо решать в связи с обеспечением прочности и надежности изделий. В общем случае производят испытания изделий на выносливость и на вибрационную устойчивость при воздействии акустического шума. Первые проводят для проверки и отработки усталостной прочности и долговечности элементов изделий при многократном повторении акустических нагрузок, вторые — для проверки функционирования изделий и их систем в условиях возмущения колебаний акустическим полем.
Для испытаний изделий на воздействие акустического шума проводят следующие испытания: наземные натурные непосредственно на объекте; на открытом стенде с работающим двигателем; в закрытых боксах с натурным источником шума; в акустических камерах.
С точки зрения наибольшего приближения к эксплуатационным условиям нагружения наземные натурные испытания являются наилучшим способом проверки акустической прочности конструкции и функционирования бортового оборудования. Такие испытания обычно являются заключительным этапом в общей программе отработки прочности изделий. Существенный недостаток их — чрезвычайно высокая стоимость, так как в течение всех испытаний двигатели, генерирующие акустическое поле, должны работать на максимальной мощности. Полетные условия акустического нагружения в наземных условиях практически не воспроизводятся.
Испытания на открытом стенде с работающим двигателем, хотя и дают некоторые отступления от натурных условий нагружения, но более экономичны. При этом способе можно испытывать крупногабаритные изделия. Ускорение испытаний и соблюдение требуемых уровней нагрузки в данном случае достигаются выбором положения испытуемых объектов относительно источника шума.
|
|
|
Режим испытаний устанавливают на основе натурных измерений звуковых нагрузок и деформаций в контрольных точках поверхности изделия.
Испытания в закрытых боксах позволяют получить более высокие уровни акустической нагрузки, чем на открытом стенде, в результате чего сокращается продолжительность испытаний. Недостаток этих испытаний — некоторые искажения звукового поля по сравнению с натурными условиями. В последнее время широкое распространение получили испытания изделий в специально разработанных акустических камерах, где создаются условия, близкие к испытаниям в натурных условиях. Однако ограниченный объем этих камер не позволяет проводить испытания крупногабаритных объектов.
Методы проведения испытаний. После внешнего осмотра изделий и измерений параметров, предусмотренных техническими условиями, изделие крепят на специальном столе или опорных кронштейнах с учетом допускаемых эксплуатационных положений. Нагружаемые изделия нужно испытывать с реальными механическими нагрузками или их эквивалентами. В зависимости от требований изделия испытывают под электрической нагрузкой или без нее.
Испытания проводят с одновременным воздействием на изделие заданного равномерного звукового давления и определенного спектра частот. Важное значение имеет состав акустического спектра мощности источника звукового давления. Продолжительность испытаний определяется требованием программы испытаний и техническими условиями на изделие. При испытании необходимо обнаруживать у изделий резонансные частоты, на которых амплитуда колебаний точек крепления максимальна.
По окончании испытаний производят внешний осмотр и измеряют параметры, указанные в программе испытаний и технических условиях.
Испытания в боксе. Конструкция бокса и оборудование для проведение
таких испытаний показаны на рисунке 17. Испытуемые изделия, например панели обшивки самолета, располагают вокруг струи на монтажной раме, находящейся на расстоянии трех-четырех диаметров входного сечения от его среза вниз по потоку. Параметры звукового поля и реакции панелей обшивки контролируют при помощи микрофонов и тензорезисторных датчиков.
 |
1 — выхлопное сопло газо-турбинного двигателя; 2 - диффузор; 3 — реактивная струя газа; 4 —короб с испытуемой панелью; 5 - монтажная рама
Рисунок 17- Бокс
Лабораторные акустические установки. Общие требования к лабораторным акустическим установкам, предназначенным для испытаний на прочность и надежность изделий, сформулированных в соответствующих рекомендациях международной электротехнической комиссии (МЭК), отечественных государственных стандартах и отраслевых нормативных руководствах. Они сводятся к следующему:
|
|
|
- необходимо создавать на установках условия акустического нагружения изделий, близкие к эксплуатационным;
- задача испытаний — получить достоверные данные для последующей оценки прочности, долговечности, живучести и надежности изделий;
- параметрический ряд установок должен обеспечивать проведение стандартных прочностных испытаний, контрольных испытаний и сертификационных испытаний элементов, фрагментов конструкций, а также натурных секций и отдельных агрегатов изделий;
- установки должны позволять воспроизводить случайные широкополосные и узкополосные процессы нагружения с заданной формой спектра в полосе частот 20—2000 Гц, а также создавать заданное распределение уровней звука на облучаемой поверхности;
- установки должны быть снабжены системами и устройствами для программнoro нагружения объекта испытанийв режиме ручного и автоматического управления, а также средствами для измерения, регистрации, анализа и визуального контроля параметров нагружения (звукового давления, вибраций, напряжения).
Реверберационные камеры — это помещения, в которых вследствие резонансного усиления колебаний среды (воздушной или газовой), возбуждаемой источником, и отражения звуковых волн от ограждающих поверхностей подается акустическое поле высокой интенсивности.
Комбинированные установки сочетают преимущества обеих реверберационных камер и установок с бегущей звуковой волной.
К недостаткам комбинированной установки можно отнести неблагоприятное влияние отраженных звуковых волн на характеристики поля в секции бегущих волн при относительно малых размерах оконечной камеры.
Системы контроля уровня шума классифицируют в основном по назначению: для акустических измерений в помещениях (оценка акустических свойств помещения и их улучшение); для измерения и анализа акустического шума (выявление результатов воздействия акустического шума на аппаратуру и человека); для измерений в области акустики и связи (оценка качества электроакустических устройств); для измерения и анализа шумов, используемых при исследованиях по физиологической акустике; для акустических измерений в жидких средах. В этом разделе основное внимание уделено системам измерения и анализа акустического шума, предназначенным для выявления результатов их воздействия на аппаратуру различного рода и человека в процессе эксплуатации аппаратуры и при ее испытании.
Эти системы могут быть разделены на две основные группы:
1) переносная и малогабаритная аппаратура для использования в полевых условиях;
2) сложные стационарные системы для использования в исследовательских лабораториях.
Для оценки эквивалентного уровни непрерывного шума в соответствии с требованиями отечественных и международных стандартов используют систему, которая представляет собой сочетание шумомера с дозиметром шумов или измерительного усилителя с дозиметром.
В полевых условиях часто используют запись акустического шума на магнитную ленту при помощи портативных магнитофонов. Калибруют запись эталонным сигналом, создаваемым пистонфоном или акустическим калибратором.
В этих же условиях для получения оперативной информации о частотном составе исследуемого шума часто проводят спектральный анализ шума при помощи октавных или третьоктавных фильтров, в результате которого получают значительно больше сведений о вредных эффектах шума, чем при простом линейном измерении или измерении с частотной коррекцией.
Для акустических шумов в стационарных условиях можно использовать измерительный усилитель с набором полосовых фильтров.
Для исследования статистического распределения уровней шума во времени, а также вероятности обнаружения шума в заданном интервале уровней или вероятности превышения за данного уровня шума в шумоизмерительной системе используют анализатор статистического распределения который вместе с самописцем уровня позволяет получить гистограммы акустического шума.
Для аналого-цифрового преобразования уровней сигналов, записываемых на самописце уровня, к самописцу уровня подключают либо аналоговое считывающее устройство, либо цифровое кодирующее устройство. Аналоговое считывающее устройство обеспечивает выходной сигнал постоянного тока, уровень которого пропорционален среднеквадратичному, пиковому или среднему значению измеряемого звукового сигнала. Выходной сигнал от аналогового считывающего устройства может быть подан в аналого-цифровой преобразователь, а затем на перфоратор ленты.
В стационарных системах также широко применяют запись шума на магнитную ленту при помощи измерительных магнитофонов или магнитографов. Запись на магнитную ленту шума производят для накопления данных с целью их сопоставления с результатами других измерений, для частотного преобразования при частотном анализе шума в низкочастотном диапазоне и для частотного анализа импульсного шума после склейки отдельных участков ленты в кольца.
Для точного определения частотных составляющих шума, например при исследовании акустического шума, производимого машинами и механизмами, используют стационарные системы с узкополосными анализаторами двух типов: с постоянной относительной и с постоянной абсолютной шириной полосы пропускания.
Для точного измерения уровней шума, их частотного анализа в октавных и 1/3-октавных полосах с визуальным наблюдением результатов в стационарных условиях удобно применять анализатор в реальном масштабе времени. При этом спектр шума непосредственно изображается в виде светящихся столбцов на экране электроннолучевой трубки.
Описанные системы используют и для измерения импульсного шума. В этом случае помимо среднеквадратичного значения уровня сигнала измеряют положительное и отрицательное пиковые значения и максимальное пиковое значение.
|
|
|
