Document 208150

1
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Московский физико-технический институт (государственный университет)»
МФТИ(ГУ)
Кафедра «Теоретическая и прикладная аэрогидромеханика»
«УТВЕРЖДАЮ»
Проректор по учебной работе
Ю.Н. Волков
2012 г.
.
РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
по дисциплине: Акустика летательных аппаратов на местности
по направлению: 010900 «Прикладные математика и физика»
магистерская программа: 010930 – Гидродинамика и аэроакустика
факультет: АЛТ
кафедра теоретическая и прикладная аэрогидромеханика
курс: 5 (магистратура)
семестр: весенний
Диф. зачёт: 10 семестр
Трудоёмкость в зач. ед.: вариативная – 3 зач. ед
в т.ч.:
лекции: вариативная часть – 28 час.
практические (семинарские) занятия: нет
лабораторные занятия: 4 час.
самостоятельная работа: вариативная часть – (20 ч) 1,0 зач. ед.
ВСЕГО ЧАСОВ 52
Программу составил к.ф.- м.н. Фараносов Георгий Анатольевич
Программа обсуждена на заседании кафедры «Теоретическая и прикладная аэрогидромеханика»
«____» _______________2012 г.
Заведующий кафедрой д.ф-м.н., член-корр. РАН
.
А.М. Гайфуллин
2
ОБЪЁМ УЧЕБНОЙ НАГРУЗКИ И ВИДЫ ОТЧЁТНОСТИ.
Вариативная часть, в т.ч. :
__3___ зач. ед.
Лекции
__28___ часов
Практические занятия
__–___ часов
Лабораторные работы
__4___ часов
Индивидуальные занятия с преподавателем
__–___
Самостоятельные занятия
ВСЕГО
Итоговая аттестация
часов
__20___ часов
3,0 зач. ед.
Дифференцированный
зачет 10 семестр,
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ
Целью курса является знакомство студентов с проблемой авиационного шума на местности:
различными метриками шума, принципами сертификации ЛА, международными нормами шума, являющимися важнейшим фактором конкурентоспособности гражданских самолетов на
мировом рынке. Курс также призван, в том числе с помощью выполнения специально подобранных лабораторных работ, продемонстрировать принципы применения науки аэроакустики
к практическим задачам оценки акустических характеристик различных источников шума ЛА и
задаче поиска способов снижения шума ЛА на местности.
Задачами данного курса являются:
 формирование базовых знаний в области аэроакустики применительно к шуму на местности как дисциплины, интегрирующей общефизические и общетеоретические понятия
о различных источниках авиационного шума применительно к авиационному транспорту;
 обучение студентов стандартам и методикам сертификации ЛА, а также оценке акустических характеристик различных источников шума ЛА, принципам проведения аэроакустических экспериментов;
 формирование подходов к выполнению исследований студентами в области аэроакустики.
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП МАГИСТРАТУРЫ
Дисциплина Акустика летательных аппаратов на местности включает в себя разделы,
которые могут быть отнесены к вариативным части цикла __М.2__ (шифр цикла).
Дисциплина «Акустика летательных аппаратов на местности» базируется на материалах курсов бакалавриата: базовая и вариативная часть кода УЦ ООП Б.2 (математический
естественнонаучный блок) по дисциплинам «Высшая математика» (математический анализ,
высшая алгебра, дифференциальные уравнения и методы математической физики), блока
«Общая физика» и региональной составляющей этого блока и относится к профессиональному циклу.
3
КОМПЕТЕНЦИИ ОБУЧАЮЩЕГОСЯ,
ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
ФОРМИРУЕМЫЕ
В
РЕЗУЛЬТАТЕ
Освоение дисциплины «Акустика летательных аппаратов на местности» направлено на
формирование следующих общекультурных и профессиональных компетенций магистра:
а) общекультурные (ОК):
 способность использовать на практике фундаментальные знания для понимания сущностных явлений окружающего мира (ОК 1);
 способность активно и целенаправленно применять полученные знания, навыки и умения для выбора тематики выполнения индивидуальной научно-исследовательской работы (ОК-2);
 готовность работать с информацией в области акустики летательных аппаратов из различных источников: отечественной и зарубежной научной периодической литературы,
монографий и учебников, электронных ресурсов Интернет (ОК-3);
 способность работать в коллективе и применять навыки эффективной организации труда
и командной работы (ОК-4).
б) профессиональные (ПК):
 готовность использовать знания в области акустики летательных аппаратов в последующей профессиональной деятельности в качестве научных сотрудников, преподавателей
вузов, инженеров, технологов (ПК-1);
 готовность к решению практических задач по теоретическим, экспериментальным и расчетным исследованиям особенностей источников авиационного шума и способов его
снижения (ПК-2);
 готовность выявить естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности в областях: акустики, гидродинамики, аэроакустики, авиаэкологии; привлекать для решения освоенный физико-математический аппарат (ПК-3);
 готовность к творческому подходу в реализации научно-технических задач, основанному на систематическом обновлении полученных знаний, навыков и умений и использовании последних достижений в области акустики летательных аппаратов (ПК-4);
 способность к созданию математических и физических моделей исследуемых процессов,
явлений и объектов, относящихся к профессиональной сфере (ПК-5);
 способность применять на практике умения и навыки в организации исследовательских работ
и проводить научные исследования, готовность к участию в инновационной деятельности
(ПК-6).
3. КОНКРЕТНЫЕ ЗНАНИЯ, УМЕНИЯ И НАВЫКИ, ФОРМИРУЕМЫЕ В РЕЗУЛЬТАТЕ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
В результате освоения дисциплины Акустика летательных аппаратов на местности обучающийся должен:
1. Знать:
 место и роль общих вопросов науки в научных исследованиях;
 современные проблемы физики, математики;
 теоретические модели фундаментальных процессов и явлений в физике и ее приложениях;
 новейшие открытия естествознания;
 постановку проблем физического моделирования;
 о взаимосвязях и фундаментальном единстве естественных наук.
2. Уметь:
 эффективно использовать на практике теоретические компоненты науки: понятия, суждения, умозаключения, законы;
 представить панораму универсальных методов и законов современного естествознания;
4
 работать на современном экспериментальном оборудовании и современных расчетных
программах;
 абстрагироваться от несущественных влияний при моделировании реальных физических
ситуаций;
 планировать оптимальное проведение эксперимента.
3. Владеть:
 планированием, постановкой и обработкой результатов физического эксперимента;
 научной картиной мира;
 навыками самостоятельной работы в лаборатории на современном экспериментальном
оборудовании;
 математическим моделированием физических задач.
4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Структура преподавания дисциплины
Перечень разделов дисциплины и распределение времени по темам
№ темы и название
1 Нормирование шума современных самолетов и вертолетов
2. Акустические характеристики отечественных и зарубежных самолетов и вертолетов
3. Шум реактивной струи
4. Шум вентилятора и компрессора
5. Шум винта
6. Шум обтекания элементов конструкции планера
7. Основы акустического эксперимента
ВСЕГО( зач. ед.(часов))
ВИД ЗАНЯТИЙ
ЛЕКЦИИ
№
Темы
п.п.
Количество часов
6
4
10
4
9
9
10
50 час. (3 зач.ед.)
Трудоёмкость в зач. Ед.
(количество часов)
3
Нормирование шума современных самолетов и вертолетов
Акустические характеристики отечественных и зарубежных самолетов и вертолетов
Шум реактивной струи
4
Шум вентилятора и компрессора
2
5
Шум винта
6
6
Шум обтекания элементов конструкции планера
6
7
Основы акустического эксперимента
1
2
ВСЕГО ( зач. Ед.(часов))
ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ
№
Темы
п.п.
1
Измерение турбулентных характеристик струй
4
2
6
2
28
Трудоёмкость в зач. Ед.
(количество часов)
2
5
2
Измерение характеристик дальнего звукового поля
турбулентной струи
ВСЕГО ( зач. Ед.(часов))
2
4
ВИДЫ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
№
Темы
п.п.
1.
2.
3.
Изучение теоретического курса – выполняется
самостоятельно каждым студентом по итогам каждой
из лекций, результаты контролируются преподавателем на лекционных занятиях, используются конспект
(электронный) лекций, учебники, рекомендуемые данной программой;
Изучение практического курса – выполняется
самостоятельно каждым студентом перед проведением
и перед сдачей каждой лабораторной работы, результаты контролируются преподавателем на лабораторных занятиях, используются конспект (электронный)
лекций, учебники, рекомендуемые данной программой;
Подготовка к зачету с оценкой
ВСЕГО (зач. ед.(часов))
Нормирование
шума современных самолетов и
вертолетов
2
Акустические характеристики отечественных и зарубежных самолетов и вертолетов
Шум реактивной
струи
3
12
4
4
20 часов (1 зач.ед.)
Содержание дисциплины
Развёрнутые темы и вопросы по разделам
№ НазваРазделы и темы
Содержание
п/ ние мо- лекционных заняп
дулей
тий
1
Трудоёмкость в зач. ед.
(количество часов)
Объем
АудиторСамостояная работа тельная рабо(зачетные
та
едини(зачетные
цы/часы)
единицы/часы)
Проблема авиационного шума
4
2
на местности. Критерии оценки воздействия авиационного
шума на человека. Нормирование авиационного шума.
Сертификационные испытания
по шуму.
Основные источники шума
2
2
современного
гражданского
самолета. Сравнение относительного вклада различных
источников.
Шум затопленной турбулент6
4
ной струи. Аэродинамические
характеристики турбулентных
затопленных струй. Возможные физические механизмы
шумообразования в дозвуковых и сверхзвуковых струях.
6
4
5
6
Оценка акустических характеристик дозвуковых струй на
основе аналогии Лайтхилла.
Направленность шума струи.
Влияние различных факторов
на шум затопленной струи,
законы подобия, узкополосный и 1/3-октавный спектры.
Влияние спутного потока на
аэродинамические и акустические характеристики струи.
Аэродинамические и акустические характеристики соосных струй. Применение численных методов для расчета
шума струи (принципиальная
схема: сетка, расчет, постобработка). Методы снижения
шума струи.
Шум вентилятора Источники шума вентилятора
и компрессора
и компрессора. Акустические
характеристики вентилятора и
компрессора. Методы расчета
шума вентилятора и компрессора. Методы снижения шума
вентилятора и компрессора.
Распространение звука в каналах, теоретический метод выбора оптимального импеданса
и геометрических параметров
ЗПК.
Шум винта
Типы винтов, особенности
шума винта. Источники шума
винта: шум вытеснения, шум
нагрузки, импульсный шум
(HSI), шум взаимодействия
лопасти с вихревым следом
(BVI), широкополосный шум
лопасти. Обзор подходов к
расчету шума винта (методы
расчета во временной области,
методы расчета в пространстве
частот) и их сравнение. Лопасть без угла атаки: расчет
шума вытеснения. Лопасть под
углом атаки: расчет шума
нагрузки. Излучение звука
винтом в свободном пространстве. Дифракция звукового
поля винта на фюзеляже самолета в полете.
Шум
обтекания Относительный вклад обтекаэлементов
кон- ния отдельных элементов кон-
2
2
6
3
6
3
7
струкции планера
струкции планера в общий
шум самолета. Задача о шуме
обтекания цилиндра турбулентным потоком. Применение задачи к шуму шасси самолета. Шум предкрылка. Текущее состояние исследований, перспективные методы
снижения шума обтекания.
Эксперименты по снижению
шума предкрылка.
Основы акустиче- Объекты измерений. Средства
ского эксперимен- измерений. Средства и методы
та
анализа данных измерений.
Лабораторная работа №1, №2.
7
6
4
5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
В учебном процессе используются следующие образовательные технологии:
№
Вид занятия
Форма проведения занятий
Цель
п/п
1
лекция
2
лекция
3
лекция
4
лабораторная
работа
Изложение теоретического материала
Изложение теоретического материала с помощью презентаций
Разбор конкретных примеров
применения методик характеристик источников шума летательного на местности
Подготовка, проведение и обработка данных эксперимента
Получение теоретических знаний по дисциплине
Повышение степени понимания
материала
Осознание связей между теорией
и практикой, а также взаимозависимостей разных дисциплин
Получение навыков работы с современным экспериментальным
оборудованием, осознание связей между моделированием и
результатами эксперимента
6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ,
ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
И УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
Контрольно-измерительные материалы
Перечень контрольных вопросов для сдачи дифференцированного зачёта в 10-ом семестре;
1)
Нормирование шума современных самолетов и вертолетов. Проблема авиационного шума на местности.
2)
Критерии оценки воздействия авиационного шума на человека. Нормирование
авиационного шума. Сертификационные испытания по шуму.
3)
Основные источники шума современного гражданского самолета. Сравнение
относительного вклада различных источников.
4)
Шум затопленной турбулентной струи. Аэродинамические характеристики
турбулентных затопленных струй.
5)
Возможные физические механизмы шумообразования в дозвуковых и сверхзвуковых струях.
8
6)
7)
8)
9)
10)
11)
12)
13)
14)
15)
16)
17)
18)
19)
20)
21)
22)
23)
24)
Оценка акустических характеристик дозвуковых струй на основе аналогии
Лайтхилла. Направленность шума струи.
Влияние различных факторов на шум затопленной струи, законы подобия, узкополосный и 1/3-октавный спектры.
Влияние спутного потока на аэродинамические и акустические характеристики
струи.
Аэродинамические и акустические характеристики соосных струй.
Применение численных методов для расчета шума струи (принципиальная
схема: сетка, расчет, постобработка).
Методы снижения шума струи.
Источники шума вентилятора и компрессора. Акустические характеристики
вентилятора и компрессора.
Методы расчета шума вентилятора и компрессора.
Методы снижения шума вентилятора и компрессора.
Распространение звука в каналах, теоретический метод выбора оптимального
импеданса и геометрических параметров ЗПК.
Шум винта, источники шума винта.
Обзор подходов к расчету шума винта (методы расчета во временной области,
методы расчета в пространстве частот) и их сравнение.
Лопасть без угла атаки: расчет шума вытеснения. Лопасть под углом атаки:
расчет шума нагрузки.
Излучение звука винтом в свободном пространстве.
Дифракция звукового поля винта на фюзеляже самолета в полете.
Шум обтекания элементов конструкции планера. Относительный вклад обтекания отдельных элементов конструкции планера в общий шум самолета.
Задача о шуме обтекания цилиндра турбулентным потоком. Применение задачи к шуму шасси самолета.
Шум предкрылка. Текущее состояние исследований, перспективные методы
снижения шума обтекания. Эксперименты по снижению шума предкрылка.
Основы акустического эксперимента. Средства измерений. Средства и методы
анализа данных измерений.
7. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Необходимое оборудование для лекций и практических занятий: компьютер и мультимедийное оборудование (проектор, звуковая система).
Обеспечение образовательного процесса лабораторным оборудование
Тема
Название лабораторной работы
Часы
Измерение турбулентных ха- Лабораторная работа №1. Измерение
2
рактеристик струй.
турбулентных характеристик струй в
заглушенной камере с потоком (АК2) с помощью термоанемометра Dantec 55P01.
Измерение
характеристик Лабораторная работа № 2. Измерение
2
дальнего звукового поля тур- характеристик дальнего звукового
булентной струи.
поля турбулентной струи в заглушенной камере с потоком (АК-2) с
помощью многоканальной системы
сбора и анализа данных Pulse3560D,
микрофоны ½’’ 4189C Bruel & Kjaer.
9
8. НАИМЕНОВАНИЕ ВОЗМОЖНЫХ ТЕМ КУРСОВЫХ РАБОТ учебным планом не
предусмотрено
9. ТЕМАТИКА И ФОРМЫ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ РАБОТЫ учебным планом не
предусмотрено
10. ТЕМАТИКА ИТОГОВЫХ РАБОТ учебным планом не предусмотрено
11. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Основная литература.
1. Авиационная акустика. Часть 1. Под ред. Мунина А.Г. М.: Машиностроение, 1986.
2. Гиневский А.С., Власов Е.В., Каравосов Р.К., Акустическое управление турбулентными
струями. М.: Физматлит, 2001.
3. Голдстейн М.Е., Аэроакустика. М.: Машиностроение, 1981.
4. Мунин А.Г., Кузнецов В.М., Леонтьев Е.А., Аэродинамические источники шума. Машиностроение, 1981.
5. Кузнецов В.М., Основы теории шума турбулентных струй. М.: Физматлит, 2008.
6. Копьев В.Ф., Зайцев М.Ю. Механизм излучения звука турбулентностью вблизи твердого
тела // МЖГ. 2008. Т.43. №1. С.98-109.
7. Копьев В.Ф., Зайцев М.Ю., Чернышев С.А., Экспериментальное исследование роли волн
неустойчивости в шуме сверхзвуковых струй // МЖГ. 2009. Т.44. №4. С.123-132.
8. Shur M.L., Spalart P.R., Strelets M.Kh., Noise prediction for increasingly complex jets. Part I:
Methods and tests // Int. J. Aeroacoustics. 2005. V.4. N.3-4. P. 213-246.
9. Shur M.L., Spalart P.R., Strelets M.Kh., Noise prediction for increasingly complex jets. Part II:
Applications // Int. J. Aeroacoustics. 2005. V.4. N.3-4. P. 247-266.
Дополнительная литература.
1. Aeroacoustics of Flight Vehicles. Theory and practice. ed. H. Hubbard. ASA/AIP. 1991.
2. Rienstra S.W., Hirschberg A. An Introduction to Acoustics. Eindhoven University of Technology,
2008.
3. Crighton D.J. Acoustics as a branch of fluid mechanics // J. Fluid Mech. 1981. V.106. P.261-298.
4. Kopiev V.F., Ostrikov N.N., Chernyshev S.A., Elliot J.W. Aeroacoustics of supersonic jet issued
from corrugated nozzle: new approach and prospects // Jet Aeroacoustics. ed. G. Raman. Multi-Sci.
Pub. Co. LTD. 2008. P.33-65.
5. Kopiev V.F., Zaitsev M.Yu., Chernyshev S.A., Ostrikov N.N. Vortex ring input in subsonic jet
noise // Int. J. Aeroacoustics. 2007. V.6. N.4. P.375-405.
6. Блохинцев Д.И. Акустика неоднородной движущейся среды. М.: Наука, 1981.
Электронные ресурсы, включая доступ к базам данных и т.д.
Информационные ресурсы: журналы по гидродинамике и акустике (Акустический журнал, Механика жидкости и газа, Journal of Fluid Mechanics, Journal of Sound and Vibration, International
Journal of Aeroacoustics), доступные через Internet, учебные пособия и сборники задач, разработанные для данного курса.
Программу составил
Фараносов Г.А., к.ф.–м.н.
«_____»_________2012 г.