Оскільки  , то  , то для даного випадку можна ввести модуль  , тоді
 .
Отже, забезпечивши вирахувану різницю швидкостей газів екрану і газів основного струменю, ми направимо всю звукову енергію основного струменю на екранний глушник, чим не допустимо її виходу в оточуюче середовище. Такий захід підвищить ефективність шумоглушіння.
Для визначення ефективності створеного глушника при застосуванні його на автомобілі (визначення рівня зниження акустичної потужності автомобіля) були проведені експериментальні дослідження на автомобілі ВАЗ-2121 „Нива”.
Дослідження глушника на автомобілі здійснювались в два етапи. На першому етапі визначались осереднений рівень звукового тиску, одержаний в результаті вимірювань звукового тиску у контрольних точках навколо автомобіля та рівень шуму відпрацьованих газів зі старим глушником та без глушника на відстані 0,5 м (під кутом 45 0). На другому етапі проводились аналогічні вимірювання з новим глушником.
Застосування нового глушника на автомобілі ВАЗ-2121 „Нива” привело до зниження акустичної потужності автомобіля на 3 дБ(А) при частоті обертання колінчастого валу 900 хв-1 і на 2 дБ(А) при 3000 хв-1.
У додатках наведені копії деклараційних патентів № 31715А “Спосіб глушіння шумів та пристрій для його здійснення” і № 6160 “Спосіб глушіння шумів та пристрій для його здійснення” та довідка про впровадженого комплексного глушника, виготовленого згідно патенту № 31715А .
ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ ТА ВИСНОВКИ
В дисертаційній роботі вирішена науково-технічна задача зменшення рівня шуму автотранспортних засобів шляхом вдосконалення конструкції глушників шуму відпрацьованих газів ДВЗ.
Основні наукові результати, висновки та практичні рекомендації роботи можна сформулювати у наступному вигляді.
1. Виконана класифікація глушників шуму відпрацьованих газів за характером фізичних процесів, які протікають в них, а не за конструктивними особливостями. На основі розробленої класифікації створено алгоритм вибору глушника шуму відпрацьованих газів ДВЗ для конкретного автомобіля.
2. Обгрунтована необхідність врахування ефекту Доплера при вимірюванні зовнішнього шуму автомобіля. При швидкості руху автомобіля 60 км/год, під кутом 37 0 відносно спостерігача частотний зсув Доплера становить для випромінюваної автомобілем частоти звуку 2 кГц — 160 Гц, а для випромінюваної частоти 10 кГц — 800 Гц.
З урахованням ефекта Доплера здійснено уточнення формули частоти шуму відпрацьованих газів ДВЗ, що в свою чергу істотно підвищує точність розрахунку глушника. Так, для двигуна RD 210 точність визначення частоти шуму відпрацьованих газів завдяки врахування ефекту Доплера зросла на 6 %.
3. Запропоновано метод розрахунку швидкості звуку у відпрацьованих газах ДВЗ, завдяки застосуванню якого зросте точність розрахунків глушників.
4. Визначено порядок розміщення шумопридушуючих елементів у комплексному глушнику шуму з метою одержання найбільшої акустичної ефективності глушника : розширювальна камера з еліптичним поперечним перерізом, отвори, канали, сопло. При даному порядку розміщення елементів досягається максимальний ефект шумопридушення. Конструкція глушника захищена деклараційним патентом України.
5. Проведено експериментальні дослідження запропонованого глушника. Визначено ряд показників, що характеризують його ефективність. Ефективність глушника, який застосовувався при випробуваннях на електрозварювальному агрегаті АДД 3001 з ДВЗ RD 210 : 1) безпосередня (на відстані 0,5 м, під кутом 45 0) - 13 дБ і 14 дБА; 2) відносна (відносно старого глушника, на відстані 0,5 м, під кутом 45 0) - 5 дБ(А); 3) загальна (на відстані 10 м) - 3 дБ(А).
Застосування глушника на автомобілі ВАЗ-2121 „Нива” привело до зниження акустичної потужності автомобіля на 3 дБ(А) при частоті обертання колінчастого валу 900 хв-1 і на 2 дБ(А) при 3000 хв-1.
6. Встановлена наближена сумарна ефективність додаткових компонент створеного глушника (еліптичний поперечний переріз, отвори, канали, сопло) - (3 ÷ 8) дБ.
7. Експериментально підтверджено, що в спектрі шуму відпрацьованих газів крім основної (першої) гармоніки присутні вищі гармоніки, енергії яких порівнянні з основною, причому, це спостерігалось як мінімум до 7-ї гармоніки включно.
Виходячи з цього доказано, що розрахунок реактивної компоненти комплексного глушника необхідно здійснювати не лише на основну гармоніку частоти шуму відпрацьованих газів, але й на третю. Це призводить до значної економії затрат при виготовленні глушника та його розміщенні на автомобілі. Так, для двигуна з частотою шуму відпрацьованих газів 50 Гц, проектуванням глушника не на першу гармоніку, а на третю, зменшено поздовжній його розмір втричі або на 1,3 м.
8. Створена методика розрахунку реактивних глушників, що базується на більш точному розрахунку частоти шуму відпрацьованих газів ДВЗ та визначенні швидкості звуку у відпрацьованих газах. За даною методикою були розраховані глушники для двигунів RD 210 та мод. ЗМЗ-672-11. Точність методики підтверджена результатами експериментальних досліджень.
9. Запропоновано спосіб збільшення ефективності глушника газовим екраном, який створюють навколо вихлопного струменю. Даний спосіб захищений деклараційним патентом України.
10. Захищений патентом глушник впроваджено на ДВЗ електрозварювального агрегату АДД 3001 виробництва ЗАТ “ІНТЕРТЕХСЕРВІС”, який знаходився в експлуатації ДКП “Київгаз”.
ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Федоров В.В., Сахно В.П. Вплив ефекту Доплера на результати вимірювання зовнішнього шуму автомобіля // Автошляховик України. - 1998, № 2. - С. 23.
2. Сахно В.П., Федоров В.В. Визначення швидкості звуку у вихлопних газах двигуна внутрішнього згорання. — “Акустичний вісник”, 2000, № 1. — С. 73 ÷ 77.
3. Федоров В.В., Сахно В.П. Класифікація глушників шуму // Автошляховик України. - 2000, № 2. - С. 13 ÷ё 16.
4. Сахно В.П., Федоров В.В. До питання щодо сертифікації транспортних засобів по рівню зовнішнього шуму // Збірник наукових праць “Проблеми автомобільного транспорту”, 2000. — С. 75 ÷ 79.
5. Федоров В.В., Сахно В.П. Уточнення формули для визначення частоти вихлопу відпрацьованих газів ДВЗ /Автошляховик України. - 2001. - № 2. - С. 25 ÷ё 26.
6. Федоров В.В., Сахно В.П., Капко А.О., Федоров В.А. Спосіб глушіння шумів та пристрій для його здійснення. Деклараційний патент № 31715А, бюлетень “Промислова власність” № 7-II, 15.12.2000 р.
7. Федоров В.В., Сахно В.П. Розрахунок реактивних глушників // Автошляховик України. - 2001. - № 4. - С. 20 ÷ё 21.
8. Федоров В.В., Сахно В.П., Терещенко В.П. Спосіб глушіння шумів та пристрій для його здійснення. Деклараційний патент № 61608 А, бюлетень “Промислова власність” № 11, 17.11.2003 р.
АНОТАЦІЯ
Федоров В.В. Покращання екологічних показників автотранспортних засобів за рахунок зменшення їх рівня зовнішнього шуму. — Рукопис.
Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.02 — Автомобілі та трактори. — Національний транспортний університет, Київ, 2004.
В роботі виконано науково-практичне обгрунтування і дослідження важливої задачі зменшення рівня шуму автотранспортних засобів шляхом вдосконаленням конструкції глушників.
Проведено аналіз існуючих джерел шуму автомобілів, методів боротьби з шумом автомобілів, конструкцій глушників шуму відпрацьованих газів ДВЗ автомобілів та зроблено їх класифікацію, яка основана на ідентичності фізичних процесів, що протікають в процесі шумоглушіння. Розроблено алгоритм вибору глушників шуму випуску ДВЗ.
Розроблена математична модель для визначення акустичної ефективності запропонованого глушника шуму. В ході її аналізу було запропоновано спосіб визначення швидкості звуку у відпрацьованих газах ДВЗ за допомогою вимірювання затухання акустичних хвиль в експериментальній установці без глушника та з глушником, а також уточнено формулу для визначення частоти шуму відпрацьованих газів ДВЗ шляхом внесення поправки, яка враховує ефект Доплера.
На базі розробленої моделі акустичної ефективності глушника створено комплексний глушник шуму відпрацьованих газів ДВЗ. Для підтвердження його акустичної ефективності проведено експериментальні дослідження на двох експериментальних моделях з ДВЗ : автомобілі та електрозварювальному агрегаті.
Створена методика розрахунку реактивних глушників. Запропоновано додатковий спосіб зменшення шуму відпрацьованих газів ДВЗ за рахунок використання газового екрану.
Ключові слова : автотранспортний засіб, двигун внутрішнього згорання, рівень шуму, глушник шуму, відпрацьовані гази, спектр шуму, акустична ефективність.
АННОТАЦИЯ
Федоров В.В. Улучшение экологических показателей автотранспортных средств за счет уменьшения их уровня внешнего шума. — Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.02 — Автомобили та тракторы. — Национальный транспортный университет, Киев, 2004.
В работе выполнено научно-практическое обоснование и исследование важной задачи уменьшения уровня шума автотранспортных средств за счет усовершенствования конструкции глушителей.
Проведен анализ существующих источников шума автомобилей, методов борьбы с шумом автомобилей, конструкций глушителей шума отработанных газов ДВС автомобилей.
Сделана классификация глушителей шума отработанных газов по характеру физических процессов, которые протекают в них, а не по конструктивным особенностям. На основании разработанной классификации создан алгоритм выбора глушителей шума отработанных газов ДВС для конкретных автомобилей.
С целью решения поставленной задачи уменьшения уровня шума автотранспортных средств создан комплексный глушитель шума отработанных газов ДВС. Для аналитического исследования даного глушителя была разработана математическая модель для определения акустической эффективности глушителя. В ходе ее анализа были получены следующие положения :
- уточнена формула частоты шума отработанных газов ДВС за счет внесения поправки, которая учитывает эффект Доплера;
- предложен способ определения скорости звука в отработанных газах ДВС, который реализуется путем измерения затухания акустических волн в экспериментальной установке с глушителем и без глушителя;
- исследовано влияние отверстий, которые используются в комплексном глушителе, на эффект шумоглушения даного глушителя.
Было доказано, что эффект Доплера влияет на результаты исследований внешнего шума движущегося автомобиля.
На базе разработанной формулы акустической эффективности глушителя был создан комплексный глушитель шума выпуска ДВС. Были проведены экспериментальные исследования данного глушителя, в результате которых была подтверждена его эффективность, а также исследован спектр шума отработанных газов ДВС. Экспериментальные исследования глушителя осуществлялись на двух экспериментальных моделях с ДВС : автомобиле и электросварочном агрегате.
Создана методика расчета реактивных глушителей. В данной методике учитывались положения об уточнении формулы частоты шума отработанных газов ДВС и способе определения скорости звука в отработанных газах ДВС. Представлены примеры расчета реактивных глушителей шума отработанных газов для двигателей моделей RD 210 и ЗМЗ-672-11.
Предложен дополнительный способ уменьшения шума отработанных газов ДВС путем использования газового экрана, который создают вокруг выхлопного потока.
Ключевые слова : автотранспортное средство, двигатель внутреннего сгорания, уровень шума, глушитель шума, отработанные газы, спектр шума, акустическая эффективность.
ABSTRACT
Fedorov V.V. The improvement of ecological parameters of vehicles at the expense of reduction the level of an external noise. Manuscript.
Thesis on obtaining of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.22.02 “Automobiles and tractors”. — National Transport University, Kiev, 2004.
The scientific and practical substantiation is executed in the work and research of the relevant task of reduction the noise level created by vehicles by advancing of a design the new silencers. The analysis of present noise sources of automobiles is held, the methods of noise abatement of automobiles and designs of silencers for the automobiles are offered, their classification, founded on a uniformity and identity of physical processes is executed, which one flow past during damping a noise. The algorithm of selection the silencers for engines is designed.
Worked out the mathematical model of acoustic efficiency of an offered silencer. During its analysis the way of definition of the speed sound in exhaust gasses of engines with the help of measurement of damping of acoustic waves in the trial type without a silencer and with a silencer was offered. The mathematical model for definition of frequency of exhaust gasses of engines is updated by depositing the correction, which one allows for Doppler effect.
On the basis of a designed mathematical model of acoustic efficiency of the silencer are generated an integrated silencer of a delivery of the internal combustion engine. For endorsement of its acoustic efficiency the experimental researches on two pilot models with the automobile engine and on an electric welding unit are held.
The technique of calculation of jet silencers is generated. The padding way of noise reduction of exhaust gasses of engines is offered at the expense of usage of a gas screen.
Keywords: the vehicle, the internal combustion engine, noise level, silencer, exhaust gasses, spectrum of a noise, acoustic efficiency.
| 
