РАСЧЕТ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГЛУШИТЕЛЕЙ ШУМА ВЫПУСКА АВТОТРАНСПОРТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
Рассмотрена основная характеристика, которая математически описывает акустическую эффективность глушителя шума, - это вносимые потери. Она показывает снижение шума, создаваемого его источником, в частности системой выпуска двигателя внутреннего сгорания, в контрольной точке в результате применения глушителя. Приведено математическое описание вносимых потерь, рассмотрены параметры, необходимые для расчета этой характеристики. Показана аналитическая зависимость импеданса излучения звука концевым отверстием выпускной системы от коэффициента отражения акустических волн этим отверстием. Проведенный анализ широко применяемых формул для вычисления коэффициента отражения звука концевым отверстием, показал их недостаточную точность для выполнения проектных разработок. Предложены расчетные зависимости, обеспечивающие высокую точность вычислений модуля коэффициента отражения и присоединенной длины концевого отверстия канала без фланца во всем диапазоне существования в нем плоских волн. Показано, что концевая коррекция этого отверстия при ka =0 составляет 0.6127, а не 0.6133, как это ошибочно считалось до сих пор в мировой акустике. Предложен способ расчета внутреннего импеданса источника шума выпуска, который более точно, по сравнению с уже известными, описывает акустические процессы, происходящие в выпускном коллекторе ДВС, благодаря чему повышается точность вычисления акустической эффективности глушителя, что позволяет его разрабатывать на ранних стадиях проектирования автотранспортного ДВС.

Ключевые слова:
шум выпуска двигателя, глушитель шума, вносимые потери, импеданс излучения звука отверстием, модуль коэффициента отражения концевого отверстия, его присоединенная длина, внутренний импеданс источника шума выпуска, выпускной коллектор двигателя, акустический импеданс коллектора
Список литературы

1. M.L. Munjal, Acoustics of Ducts and Mufflers. – N.Y.: Wileyentersscience, 1987. – 328 p.

2. Uno Ingard and Vijay K. Singhal, Effect of flow on the acoustic resonances of an open – ended duct. J. Acoustical Society of America, v. 58 (4), 1975. P. 788 – 793.

3. V.B. Panicker and M.L. Munjal, Radiation impedance of an unflanged pipe with mean flow, Noise Control Eng., 18 (2), 1982. P. 48 – 51.

4. H. Levine, J. Schwinger, On the Radiation of Sound from an Unflanged Circular Pipe // J. Phys. Rev., 1948. V. 73. № 4. P. 383-406.

5. P.O.A.L. Davies, J.L. Bento Coelho, M.J. Bhattacharya, Reflection coefficients for an unflanged pipe with flow // J. Sound Vibr. 1980. V. 72. № 4. Р. 543-546.

6. A.N. Norris, I.C. Sheng, Acoustic radiation from a circular pipe with an infinite flange // J. Sound Vibr. 1989. V. 135. № 1. P. 85-93.

7. F. Silva, Ph. Guillemain, J. Kergomard, B. Mallaroni, A.N. Norris, Approximation formulae for the acoustic radiation impedance of a cylindrical pipe // J. Sound Vibr. Elsevier. 2009. V. 332. № 1-2. P. 255-263.

8. В.В. Тупов, Расчет присоединенной длины концевого отверстия канала без фланца при выполнении проектных акустических разработок // Безопасность в техносфере. 2016. № 2. С. 69–76.

9. В.В. Тупов, А.Н. Миронова, Расчет коэффициента отражения концевого отверстия канала без фланца в акустических проектах // Безопасность в техносфере. 2017. №3. С. 34 – 41.

10. A.I. Komkin and N.A. Nikiforow, On the design of automobile exhaust systems. / 5th International symposium Transport noise and vibration. St. Petersburg, Russia, 6-8 June 2000.

11. E. Skudrzyk, The Foundations of Acoustics. Basic Mathematics and Basic Acoustics. Springer–Verlag. Wien, New York. 1971. 920 p.

12. Э.Г. Бангоян, Разработка методов и средств снижения шума дизельных автопогрузчиков (на примере автопогрузчика ДВ – 1792М). Дис.канд.тех.наук. / МГИУ, 2007, 267с.

13. В.В. Тупов, Э.Г. Бангоян, Исследование акустических характеристик глушителей шума выпуска автотранспортных двигателей внутреннего сгорания // Безопасность в техносфере. 2013. №4. С. 30-35.

14. M.L. Kathuriya, M.L. Munjal, Experimental evaluation of the aeroacoustic characteristics of a source of pulsating gas flow. J. Acoust. Soc. Am., 65 (1), 1079. P. 240-248.

15. J.K. Vennard and R.L. Street, Elementary Fluid Mechanics (S.I. Version), 5th ed., Wiley, New York, 1976, Chap.9.

16. A. Mann, R. Nair, J. Gill, B. Birschbach, et al., Flow Noise Predictions for Single Cylinder Engine - Mounted Muffler Using a Lattice Boltzmann Based Method. SAE Int. J. Engines, 2017, 10 (4). P. 2067-2076.

17. A. Mann, M. S. Kim, B. Neuhierl, et al., Exhaust and Muffler Aeroacoustics Predictions using Lattice Boltzmann Method (J), SAE Int. J. Passeng. Cars – Mech. Syst. 2015, 8 (3). P. 1009-1017.

18. O.I. Polivaev, A.N. Kuznetsov, A.N. Larionov, Reduction of external noise of mobile energy facilities by using active noise control system in muffler. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2018, V. 327.

19. W. Elsahar, T. Elnady, Measurement and simulation of two-inlet single-outlet mufflers. SAE International Journal of Passenger Cars-Mechanical Systems, 8, 2015. P. 1026-1033.

20. M. Dixit, V. Sundaram, Optimization of Muffler Acoustics Performance using DFSS Approach. SAE International in United States. World Congress and Exhibition. Technical Paper, 2016-01-1292.

21. L. Xiang, S. Zuo, X. Wu, J. Liu, Study of multi-chamber micro-perforated muffler with adjustable transmission loss. Applied Acoustics. V. 122. 2017. P. 35-40.

22. J. H. Ma and P. Guo, Analysis of Performance of Automotive Exhaust Muffler Based on ANSYS Finite Element, Applied Mechanics and Materials. Vol. 509. 2014. P. 118-122.

23. A. R. Da Silva, P. H. Mareze, A. Lenzi, Approximate expressions for the reflection coefficient of ducts terminated by circular flanges // J. Braz. Soc. Mech. Sci. & Eng. Rio de Janeiro. V. 34. № 2. 2012. Р. 1- 13.

24. J. Xin, Y. Zhang, Study on Acoustic and Fluid Characteristics of Exhaust Muffler WSEAS Transactions on Acoustics and Music. V. 4, 2017. P. 43-51.