копоглощения в камере л? 1. Однако звукопоглощающие камеры на сегодняшний день, несмотря на преимущества, не нашли широкого распространения для акустической доводки ДВС, ввиду их высокой стоимости и пожароопасности применяемых звукопоглощающих материалов.

При испытаниях чаще используют (несмотря на зависимость от погодных условий) открытое пространство. Мотоцикл с двигателем устанавливают на специальном тормозном стенде. При этом шум вспомогательного оборудования должен быть исключен с помощью эффективных стационарных глушителей, кожухов и других средств шумоглушения. Характеристики направленности шума мотоциклов, полученные авторами „на открытых стендах, показали, что они близки к круговым, т. е. двухтактный двигатель не является остронаправленным источником шу.ма. Это в свою очередь позволило широко использовать для целей акустической доводки второй метод - метод акустических измерений в отраженном поле, не позволяющий проводить качественные измерения для остронаправленных источников. Он не уступает первому по точности при измерении шумовых характеристик объектов с круговой диаграммой направленности. Для небольших по размерам двигателей этот метод имеет ряд преимуществ по сравнению с другими. В настоящее время он прошел фундаментальную проверку на производстве, являясь основой для создания практических методик по доводке шумоглушащих систем ДВС. В связи с этим рассмотрим подробнее метод и практику экспериментальной акустической доводки.

СТЕНД ДЛЯ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ДОВОДКИ СРЕДСТВ СНИЖЕНИЯ УРОВНЯ ШУМА

Впервые использовать метод измерения звуковой мощности источника в отраженном поле помещения для создания и доводки средств шумоглушения ДВС предложил Е. Я. Юдин. Этот метод был многократно реализован авторами на ЗИД в течение ряда лет при проведении работ по снижению шума мотоциклов различных классов [5]. Как известно, метод применяют в ревербера-ционных (гулких) камерах с небольшим средним коэффициентом звукопоглощения ос„.

Вблизи источника преобладает прямой звук. По мере удаления от источника вследствие малого коэффициента звукопоглощения в помещении в акустическом энергетическом балансе начинает приобретать все больший вес отраженная составляющая звука. На достаточном расстоянии от источника в помещении можно найти зону диффузного отраженного поля, для которой все звуковые лучи, падающие на элементарную площадку, расположенную в ней, равноправны, а перенос энергии по различ-264

Рис. 8.16. Схема размещения акустического стенда в помещении

ным направлениям равновероятен. Эта зона на рис. 8.16 ограничена штриховой замкнутой линией. В гулких поме-ш,ениях такая зона занимает значительные размеры, что позволяет измерять звуковую мощность источника с высокой точностью, поскольку имеется возможность расположить в зоне достаточное число рассредоточенных измерительных точек и получить достоверный усредненный результат. Теоретически в идеальном диффузном звуковом поле при постоянной звуковой мощности источника Р, Вт, плотность звуковой энергии б, Дж/м, от точки к точке не меняется. Она связана с величиной Р соотношением

е = АР[{аА) = const,

(8.47)

где А = cLjytFv - эквивалентная площадь звукопоглощения, м-Fy - площадь ограждающих поверхностей, м.

Величина А определяется расчетно и экспериментально по стандартным методикам на каждой частоте (ГОСТ 12.1.025-81*). Она характеризует поглощение звука и является практически постоянной для данного помещения. Интенсивность звука J, Вт/м, связана с плотностью звуковой энергии формулой

J = ае = АР] А = const. (8.48)

Она постоянна в идеальном диффузном звуковом поле. Переходя к логарифмическим величинам по формуле (7.1), при соответствующих пороговых значениях = 10~" Вт/м Лр = 1 м. При условии, что уровень интенсивности Lj = lOlg J/Zq и с точностью по атмосферным условиям равен уровню звукового давления L, найдем

L = Lp - lOlg Л/Ло + 6 = const. (8.49)

Таким образом, основное свойство идеального диффузного отраженного поля можно выразить

L = const. (8.50)

Величина L в данном случае с точностью до постоянных дает нам представление об уровне звуковой мощности источника, т. е. является его объективной характеристикой. Причем чем более гулкое помещение (чем меньше значение А), тем ближе значения L и Lp. Это очень важное теоретическое свойство метода для доводки разрабатываемых систем снижения шума. Когда из нескольких вариантов необходимо выбрать оптимальный,

1 J ч

0,95 м

Рио. 8.17, Резонансная звукопоглощающая панель:

1 - стена; 2 - рама; 3 и мембрана; 4-= звукопоглощающий материал

8.4. Акустические параметры одного из испытательных боксов

достаточно провести измерения в одной характерной точке и получить одновременно объективные данные об испытуемых конструкциях.

Еще одним важным преимуществом метода оказалась возможность его применения в помещениях реальных боксов, где установлены стенды, служащие для обкатки двигателей и доводки других их эксплуатационных показателей (мощности, расхода топлива и т. д.). Это особенно важно для двухтактных ДВС, поскольку конструкции систем впуска, выпуска, газообмена в сильной степени влияют не только на уровень шума, но и на другие важнейшие показатели двигателя. В данном случае проведение одновременных комплексных измерений параметров по данному методу крайне необходимо. Затраты на дополнительное оборудование стенда с целью использования его для акустических измерений оказываются меньше необходимых для строительства отдельной заглушённой или реверберационной камеры при удовлетворительной для практики точности результатов измерений.

Реальные стенды обычно по своим акустическим параметрам близки к реверберационным помещениям. Для улучшения качества поля и уменьшения звукопоглощения поверхности бокса облицовывают плиткой, а в углах (см. рис. 8.16) устанавливают рассеивающие щиты 6 из хорошо отражающего звук материала с поворотом отражающих плоскостей относительно друг друга на угол 3 ... 15°. Площадь поверхности отдельного щита 0,8 ... 1,5 м. Щиты улучшают рассеяние и качество звукового поля на высоких частотах. Для улучшения качества поля на низких частотах устанавливают резонансные звукопоглощающие панели (рис. 8.17).

Акустические параметры одного из испытательных боксов общим объемом Vn = 80 м приведены в табл. 8.4. Величина AL показывает неравномерность отраженного звукового поля бокса. В реальном поле соотношение (8.50) нарушается, поэтому вместо базовой формулы (8.49) для определения звуковой мощности Lp источника используют формулы, основанные на расчете усредненного значения давления по данным измерений в нескольких точках отраженного поля:

Lp == L„, + 10 lg ЛМо + 10 lg [ (1 + -J)/ (1 ~ A/Fy)

-6. (8.51)

Число измерительных точек при этом обычно не превышает шести. В акустических боксах объем помещений должен быть Vn = 100 ... 300 м, хотя допускается использовать помещения с Vu = 70 .,. 2000 м*. Линейные размеры помещений не должны быть кратны между собой, а плоскости ограждающих поверхностей желательно иметь непараллельными. Предпочтительно следующее соотношение линейных размеров (длина /, ширина b и высота Л) помещений прямоугольной формы: b/i = 0,83 и h/l = = 0,47; bit = 0,83 и h/l = 0,65; b/t = 0,79 и h/l - 0,63 [22].

Средний коэффициент звукопоглощения а„ <; 0,2. При этом расстояние от источника шума до стен должно быть не менее I м. Измерительные точки следует располагать в отраженном поле помещения на расстоянии не менее YA/Ь от источника шума, не менее ?t/4 от ограждающих поверхностей помещения и не менее Х/2 между собой (Я - наибольшая длина волны измеряемого звука). Недостатком метода является повышенный разброс результатов на низких частотах, связанный в первую очередь с ограниченным объемом измерительного бокса. Однако на средних и высоких частотах точность измерений соответствует требованиям, предъявляемым к техническим методам. Для высокооборотных двигателей это ограничение не является решающим.

Ориентировочным критерием, характеризующим качество измерительной зоны отраженного поля, можно считать неравномерность уровней звукового давления AL при постоянном режиме работы широкополосного источника шума, например обдувочного вентилятора, не превышающую +2 дБ в измеряемом частотном диапазоне. В этом случае результаты измерений, как правило, удовлетворяют требованиям, предъявляемым к экспериментальной доводке. Более точную проверку осуществляют с помощью образцового источника. Его устанавливают на место испытуемого двигателя и измеряют октавный спектр звуковой мощности. Если результаты отличаются от паспортных по октавам на величину AL, не превышающую значений, указанных ниже, то звуковое поле соответствует предъявляемым требованиям.

f Гц 125 250 500 1000 2000 4000

д£,"дБ 5 3 3 3 3 3

8000 4

Таким образом, первнга этапом подготовки обычного бокса со стендом, предназначенным для обкатки двигателей, к акустическим испытаниям является определение его акустических характеристик, доводка путем дооборудования бокса, установление частотного диапазона качественного измерения уровней звуковой мощности и пространственных границ зоны расположения измерительных точек.

Следующим этапом, предшествующим акустической доводке двигателя, является определение шумовых характеристик вспомогательного оборудования стенда и их снижение, исключающее влияние иа результаты измерений при доводке испытуемых элементов. Измерения целесообразно проводить методом последовательного исключения источников. Обычно наиболее шумным вспомогательным агрегатом оказывается обдувочный вентилятор 2 (см. рис. 8.16). В качестве защиты от шума в этом случае достаточно применить абсорбционные трубчатые глушители / [8] на входе и выходе вентилятора, а его корпус обклеить войлоком толщиной 20 мм. При незначительном уменьшении производительности вентилятора уровень его шума по сравнению с шумом исследуемых источников становится меньше более чем на 10 дБ во всем исследуемом диапазоне частот.

Одним из важнейших моментов подготовки стенда к акустическим измерениям является оборудование его удобными и достаточно эффективными конструкциями для разделения основных источников шума в двигателе. Для этой цели служат абсорбционные объемные стендовые глушители и звукоизолирующий кожух.

Стендовые глушители 4 и 5 шума соответственно впуска и выпуска для уменьшения занимаемой площади выполнены в виде вертикальной бочки с двойными днищами и стенками, пространство между которыми заполнено звукопоглотителем (обычно стекловатой) толщиной 10 ... 15 см. Внутренние стенки глушителей выполнены из сетки, покрытой стеклотканью, чтобы избежать выдувания стекловаты. Наружные стенки изготовлены сплошными из металлического листа. Обычно для внутреннего объема глушителей достаточно 0,25 м*. Для уменьшения гидравлического сопротивления все повороты потока газов делают плавными. Поскольку при отводе выпускных газов в стендовом глушителе шума выпуска могут образоваться застойные зоны, его соединяют в верхней части с приточным воздуховодом приточно-вытяжной вентиляции стенда гибким шлангом 10 диаметром 50 мм. Отвод газов из стендового глушителя выпуска осуществляется через отверстие в его нижней части, соединенное с вытяжным воздуховодом.

Стендовый глушитель впуска соединен с карбюратором двигателя с помощью съемного плавного переходника 7. Воздух поступает в глушитель через воздухозаборное устройство или трубу небольшого диаметра. Предварительно должны быть проведены контрольные испытания стендовых глушителей с установкой их 268

на двигатель для определения акустической эффективности и их влияния на мощность, расход топлива и другие эксплуатационные показатели. Приемлемым может считаться изменение мощности двигателя не более чем на 1,5 ... 2 %, а расхода - на 1,5 % (номинальных значений).

Для исключения корпусного шума служит звукоизолирующий кожух 3. Его выполняют из четырех элементов, каждый из которых изготавливают из стального листа толщиной 2,5 мм. Внутренние поверхности элементов могут быть оклеены негорючим звукопоглощающим материалом толщиной 20 мм. В съемной передней стенке кожуха предусматривают отверстия для вывода наружу глушителей 8 и 9 соответственно впуска и выпуска, которые в свою очередь посредством плавных переходников-патрубков в случае необходимости соединяют с описанными выше стендовыми абсорбционными глушителями. Общий объем кожуха для двигателей с рабочим объемом 175 ... 350 см* составляет 1,2 м*.

Поскольку двухтактные ДВС в большинстве случаев имеют воздушное охлаждение, в кожухе предусматривают два отверстия: первое - для подачи воздуха от обдувочного вентилятора, второе - для отвода нагретого воздуха в вытяжной воздуховод. Подвод воздуха осуществляется по абсорбционному глушителю обдувочного вентилятора 2, а отвод нагретого воздуха из-под кожуха - по трубе .

Акустический эффект AL установки кожуха, измеренный в октавных полосах частот при заглушённых с помощью стендовых глушителей впуске и выпуске на одном из испытуемых двигателей приведен ниже.

.р, Гц....... 125 250 500 1000 2000 4000 8000

AL, дБ ...... 3 4 5 11 15 18 20

Корпусный шум двигателя на высоких частотах соизмерим, а иногда и выше шума других источников. В этом случае для их доводки на стенде необходимо существенное уменьшение корпусного шума, которое и обеспечивает продуваемый кожух. Кожух способствует нормальному тепловому режиму работы двигателя, его мощность и расход топлива остаются в пределах точности измерений.

При рассмотренной схеме установки элементов практически исключены все основные источники шума в двигателе, измеряется шум помех. Для испытания и доводки конструкций глушителей шума впуска достаточно снять стендовый глушитель 4 шума впуска, оставив на месте звукоизолирующий кожух 3 и стендовый глушитель 5 выпуска. Для доводки глушителей шума выпуска и элементов конструкций, снижающих корпусной шум двигателя, достаточно сиять соответственно стендовый глуши-