акустическая защита обтекателей полезной нагрузки одноразовых запускаемых транспортных средств

Формула изобретения

1. Акустическая защита обтекателей полезной нагрузки одноразовых запускаемых транспортных средств, имеющая средства акустической защиты (6), крепящиеся на обтекателях полезной нагрузки (1) одноразовых запускаемых транспортных средств, отличающаяся тем, что она снабжена акустическими поглотителями (8), которые настроены на желательный частотный диапазон и установлены на звукопоглощающих панелях (7), расположенных на внутренних участках (5) обтекателя полезной нагрузки (1).

2. Акустическая защита по п.1, отличающаяся тем, что акустический поглотитель (8) состоит из чашеобразной нижней части (12) и верхней части (13), имеющей рупор (18), причем рупор (18) сужается по криволинейной конической поверхности от раскрытия большего диаметра (D_m) к раскрытию меньшего диаметра (D_t) и проецируется на нижнюю часть (12) на определенном расстоянии (а) от дна нижней части (12), а в области меньшего диаметра (D_t) в стенке рупора (18) предусмотрены щели (21).

3. Акустическая защита по п.2, отличающаяся тем, что проницаемый слой нанесен в раскрытии рупора большего диаметра (D_m).

4. Акустическая защита по п.2 или 3, отличающаяся тем, что щели (21) имеют острые края (21.1).

5. Акустическая защита по п.4, отличающаяся тем, что предусмотрены пять щелей (21), которые смещены относительно друг друга на угол 72^o.

6. Акустическая защита по п.4 или 5, отличающаяся тем, что ширина (b) щелей (21) составляет 5,6 мм, а высота - 20 мм.

7. Акустическая защита по п.2, отличающаяся тем, что на верхнем краю нижней части (12) предусмотрена реборда (17), в области наибольшего диаметра рупор (18) имеет переход через тор (19) в реборду (20), которая имеет уголковое поперечное сечение, и в ходе сборки нижней части (12) и верхней части (13) реборда (20) уголкового сечения соединяется с ребордой (17) опрессовыванием.

8. Акустическая защита по п.2, отличающаяся тем, что нижняя часть (12) и верхняя часть (13) изготовлены из листового материала.

9. Акустическая защита по п.8, отличающаяся тем, что толщина листового материала меньше 0,5 мм, а преимущественно составляет 0,3 - 0,4 мм.

10. Акустическая защита по п.8, отличающаяся тем, что листовой материал представляет собой алюминиевый лист.

11. Акустическая защита по п.2, отличающаяся тем, что нижняя часть (12) и верхняя часть (13) изготовлены из пластика.

12. Акустическая защита по п.2, отличающаяся тем, что нижняя часть (12) и верхняя часть (13) изготовлены процессом инжекционного литья.

13. Акустическая защита по п. 2, отличающаяся тем, что акустический поглотитель (8) имеет длину (L) более 100 мм.

14. Акустическая защита по п. 2, отличающаяся тем, что акустический поглотитель (8) имеет длину (L) более 135 мм, диаметр (D) 249,5 мм, диаметр (D_t) горловины рупора 18 мм и расстояние (а) между рупором (18) и дном (14) 10 мм.

15. Акустическая защита по п. 2, отличающаяся тем, что акустический поглотитель (8) настроен на акустическую частоту ниже 90 Гц, в особенности на одну из октавных полос 31,5 и 63 Гц.

16. Акустическая защита по п.15, отличающаяся тем, что структурная резонансная частота поглотителя (8) превышает 150 Гц.

17. Акустическая защита по п.2, отличающаяся тем, что резонансная частота (f_osaa ) поглотителя (8) определена в соответствии с выражением



где S_t - площадь поперечного сечения, связанная с диаметром D_t горловины рупора;

V_h - объем ячейки;

D_t - диаметр горловины рупора;

D_m - диаметр раскрыва рупора;

l - длина рупора;

l*_t и l*_m - значения, определенные в результате испытаний и связанные с горловиной рупора и раскрывом рупора.

18. Акустическая защита по п.1, отличающаяся тем, что звукопоглощающие панели представляют собой вспененные пластиковые плиты (7), изготовленные из ретрикулированного полиамида.

19. Акустическая защита по п. 18, отличающаяся тем, что вспененные пластиковые плиты (7) имеют овальные, продолговатые поры, продольные оси которых в основном идут перпендикулярно относительно площади обтекателя полезной нагрузки (1).

20. Акустическая защита по п. 19, отличающаяся тем, что вспененные пластиковые плиты (7) имеют толщину приблизительно 10 мм.

21. Акустическая защита по п. 18, отличающаяся тем, что вспененные пластиковые плиты (7) выполнены одинакового размера и с одинаковым числом акустических поглотителей (8).

22. Акустическая защита по п. 18, отличающаяся тем, что вспененные пластиковые плиты (7) покрыты тонкой защитной полиэфирной пленкой (11) по их верхней стороне (7.1) и по боковым сторонам (7.2).

23. Акустическая защита по п.22, отличающаяся тем, что защитная пленка (11) имеет перфорации.

24. Акустическая защита по п.18, отличающаяся тем, что поглотители (8) вставлены в круглые вырезы (23) вспененных пластиковых плит (7), причем они располагаются на обжатом фланце (22) на верхней части (7.1) вспененной пластиковой плиты (7) и соединены с последней, при этом соединительный диск (24) из вспененного пластика предусмотрен на дне (14) акустического поглотителя (8).

25. Акустическая защита по п. 24, отличающаяся тем, что диск (24) из вспененного пластика имеет овальные, продолговатые поры, продольные оси которых в основном идут перпендикулярно относительно площади обтекателя полезной нагрузки (1).

26. Акустическая защита по п. 25, отличающаяся тем, что диск (24) из вспененного пластика изготовлен из такого же материала, что и вспененная пластиковая плита (7).

27. Акустическая защита по п.18, отличающаяся тем, что при введении поглотителей (8) вспененные пластиковые плиты (7) собираются вместе с внутренними участками (6) обтекателя полезной нагрузки (1) при помощи приложения повышенного давления, в то время как сборная рама (30) помещается на верхней части вспененной пластиковой плиты (7), которая соответственно присоединяется снизу, причем создается повышенное давление, которое эффективно действует на полной поверхности вспененной пластиковой плиты (7).

28. Акустическая защита по п.27, отличающаяся тем, что сборная рама (30) состоит из двух линейных опор уголковой формы (31) и двух поперечных опор (32), которые жестко соединены друг с другом, уплотнительная маска (33), которая имеет круглые вырезы (34) для ввода в них акустических поглотителей (8), установлена на верхней части сборной рамы (30), уплотнительные губки (35) предусмотрены по нижним кромкам линейных опор (31) и двух поперечных опор (32), линейные опоры (31) соединены по центру при помощи по меньшей мере одной полосы (36), а соединитель всасывания (37) и соединитель контроля давления (38) - предусмотрены на одной из поперечных опор (32).

29. Акустическая защита по п.1, отличающаяся тем, что вес на единицу площади, включая клей для крепления обтекателя полезной нагрузки (1), составляет менее 3,5 кг/см².

Описание изобретения к патенту

Изобретение имеет отношение к созданию акустической защиты обтекателей полезной нагрузки одноразовых запускаемых транспортных средств, в которых средства акустической защиты крепятся на обтекателях полезной нагрузки одноразовых запускаемых транспортных средств.

В соответствии с информацией, которая содержится в брошюре N 3012, 1987 г. фирмы Эрликон-Бюрль Холдинг Лтд., изданной в Цюрихе, Швейцария, обтекатели полезной нагрузки одноразовых запускаемых транспортных средств предназначены для защиты полезных нагрузок, например, спутников, выводимых на орбиту, как от повреждения на земле, так и во время полета через атмосферу. В частности, благодаря своему положению в носовой части запускаемого транспортного средства, обтекатели полезной нагрузки подвержены воздействию мощных аэродинамических сил и сильному нагреванию, вызванному лобовым трением воздуха при возрастании скорости такого аппарата. При запуске такого транспортного средства, а в особенности при отрыве от земли при полной силе тяги, создается значительный уровень шумов, который может превосходить 140 дБ. Приложение таких интенсивных акустических нагрузок может привести к повреждению полезной нагрузки, при этом возникают проблемы поддержания безопасности и надежности, например, такие как связанные с повреждением солнечных батарей, систем контроля и регулирования антенн, механизмов, срывом экспериментов и т. п. , а в конечном счете, даже с полным провалом осуществляемой операции вывода на орбиту полезной нагрузки. Структура обтекателя полезной нагрузки допускает определенную степень защиты от упомянутых выше явлений, связанных с воздействием шума, однако в определенных случаях она является недостаточной, так что требуется принятие дополнительных мер защиты.

Широко известные меры предупреждения или уменьшения воздействия вредного повреждающего звука состоят в оборудовании стенок звукопоглощающими материалами, например изоляционными панелями или плитами, изготовленными из самых разнообразных подходящих материалов. Используются также многооболочковые структуры, содержащие демпфирующие и реверберирующие материалы, накладываемые в чередующихся слоях. Проектирование акустической защиты обтекателей полезной нагрузки запускаемых транспортных средств производится таким образом, что акустическая защита становится эффективной в определенном частотном диапазоне шума, создаваемого во время отрыва от земли, который является критическим для полезных нагрузок в отношении их жесткости и/или прочности. Как показали проведенные эксперименты, недостатки применения описанных выше обычных средств уменьшения шума заключаются в том, что такая акустическая защита является относительно тяжелой и занимает много места, так что при этом теряется ценный объем для расположения полезной нагрузки.

В соответствии с первым аспектом в настоящем изобретении предлагается акустическая защита обтекателей полезной нагрузки для запускаемых транспортных средств, которая эффективно защищает полезную нагрузку от шумов, излучаемых системами тяговой силовой установки, и не имеет недостатков обычных защитных средств, упомянутых выше.

Указанный аспект изобретения обеспечивается средствами, указанными в п. 1 формулы изобретения. В данном случае предусматриваются акустические поглотители, которые настроены на определенный частотный диапазон. Акустические поглотители устанавливаются на вспененной пластиковой плите, закрепленной внутри обтекателя полезной нагрузки.

В соответствии с особым видом осуществления изобретения акустические поглотители собираются из чашеобразной нижней части и верхней части, имеющей рупор, причем рупор сужается по криволинейной конической поверхности от большего диаметра к меньшему диаметру и проецируется на нижнюю часть на определенном расстоянии от его дна. В области меньшего диаметра в стенке рупора предусмотрены крончатые щели, предусмотренные для рассеивания направленного потока энергии, возникающего в рупоре.

Преимущества, достигаемые за счет применения изобретения, заключаются в том, что величины подавления шумов, полученные при проведении испытаний в частотном диапазоне менее 90 Гц, критическом для полезной нагрузки в отношении ее жесткости и/или прочности, не могут быть достигнуты любыми из известных акустических средств защиты сравнимого размера или веса. Для достижения аналогичных эффектов при помощи акустического средства защиты обычного типа может потребоваться объем, который приблизительно в шесть раз превышает объем акустического средства защиты в соответствии с изобретением. Достигнутые величины подавления шумов позволяют предотвратить повреждение полезных нагрузок, вызванное излучением шумов силовыми тяговыми ракетными установками, что отвечает требованиям обеспечения механического качества. Предлагаемая акустическая защита является легкой и требует мало места. Наложение вспененных пластиковых плит, оборудованных акустическими поглотителями, путем соединения с помощью повышенного давления гарантирует законченность соединения с внутренней частью обтекателя полезной нагрузки.

Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего описания примера осуществления изобретения, приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи.

На фиг. 1 показан вид в перспективе половинки обтекателя полезной нагрузки одноразового запускаемого транспортного средства, обе половины которого снабжены средствами акустической защиты в соответствии с изобретением.

На фиг. 2 приведен вид в перспективе вспененной пластиковой плиты средства акустической защиты, имеющей множество акустических поглотителей.

На фиг. 3 изображено частичное поперечное сечение стенки обтекателя полезной нагрузки с акустическим поглотителем акустической защиты.

На фиг. 4 показано продольное сечение нижней части поглотителя по линии IV-IV фиг. 5.

На фиг. 5 приведено поперечное сечение нижней части поглотителя.

На фиг. 6 изображено продольное сечение верхней части поглотителя по линии VI-VI фиг. 7.

На фиг. 7 показано поперечное сечение верхней части поглотителя.

На фиг. 8 приведен вид в перспективе сборной рамы для создания акустической защиты в соответствии с фиг. 2.

На фиг. 9 изображено сечение по линии IX-IX фиг. 8.

На фиг. 10 схематически показан акустический поглотитель.

На фиг. 11 схематически иллюстрируются эффекты воздействия звуковых волн на обтекатель полезной нагрузки.

Обтекатель полезной нагрузки одноразового запускаемого транспортного средства на фиг. 1 показан позицией 1 и состоит из двух полуоболочек 2, из которых на фиг. 1 показана только одна. Эта полуоболочка 2 имеет стрельчатую или коническую часть 3 и цилиндрическую часть 4. Акустическая защита 6 закрепляется на внутренних участках 5 полуоболочек 2 и состоит из звукопоглощающих панелей в форме вспененных пластиковых плит 7, установленных рядом друг с другом, на которых имеются акустические поглотители 8, которые будут далее объяснены долее подробно со ссылкой на фиг. 3-7. Акустические поглотители 8 установлены на той стороне вспененной пластиковой плиты 7, которая обращена в сторону объема 9 для размещения полезной нагрузки, и имеют различные размеры с учетом стрельчатой или конической 3 и цилиндрической 4 частей обтекателя полезной нагрузки 1. Окно, показанное позицией 10, может быть прорезано во вспененной пластиковой плите 7 с акустическими поглотителями 8 даже после сборки акустической защиты 6. Это окно 10 обеспечивает возможность доступа к полезной нагрузке, например, имеющей форму спутника, после сборки и установки системы акустической защиты. Слой тепловой защитной изоляции 25 (фиг. 3) предусмотрен на внешней стороне обтекателя полезной нагрузки 1 и предназначен для предотвращения недопустимого нагрева обтекателя полезной нагрузки и самой полезной нагрузки.

В соответствии с фиг. 2 вспененная пластиковая плита 7 оборудована, например, восемнадцатью акустическими поглотителями, имеющими круглое поперечное сечение, которые закреплены на ней так, как это описано подробно в связи с фиг. 3. Вспененные пластиковые плиты преимущественно изготавливаются из ретикулированного полиамида, например из вспененного пластика типа "Солимид АС-406" фирмы Иллбрук из Швейцарии. В преимущественной форме они имеют толщину 10 см. Вспененные пластиковые плиты 7 обладают специальными свойствами механической прочности. Жесткость вспененного пластика является очень низкой в направлении окружности, параллельной поверхности обтекателя полезной нагрузки 1, так что динамическое поведение полуоболочек 2 обтекателя полезной нагрузки 1 незначительно ухудшается тогда, как они отделяются и аварийно сбрасываются с запускаемого транспортного средства. Прочность вспененного пластика в направлении, перпендикулярном вершине обтекателя полезной нагрузки 1, является достаточно высокой для того, чтобы поглотители 8 были надежно закреплены во время сильных вибраций обтекателя полезной нагрузки 1 во время фазы старта запускаемого транспортного средства, также как и во время предельных ударных и деформационных нагрузок, когда обтекатель полезной нагрузки 1 отделяется в виде двух половинок от запускаемого транспортного средства. Указанные свойства достигнуты соответствующим расположением пор вспененного пластика. Поры имеют продолговатую овальную форму. Продольная ось пор расположена перпендикулярно поверхности обтекателя полезной нагрузки 1. На верхней стороне 7.1 и на боковых сторонах 7.2 вспененные пластиковые плиты покрыты тонкой защитной пленкой 11, изготовленной, например, из полиэфира ("Оркон"), которая предназначена для предотвращения проникновения различных частиц (пыли, грязи) в объем для размещения полезной нагрузки. Защитная пленка 11 имеет мелкие перфорации для обеспечения компенсации разностного давления во время подъема запускаемого транспортного средства. Как это будет описано более подробно со ссылкой на фиг. 8 и 9, нижние стороны вспененных пластиковых плит 7, не покрытые защитной пленкой, соединяются с внутренними частями 5 полуоболочек 2 при помощи интеграционного (соединительного) устройства повышенного давления. За счет такого процесса соединения достигается 100% сцепление, эффективное по всей опорной поверхности вспененных пластиковых плит 7.

На фиг. 3-7 нижняя часть акустического поглотителя 8 показана позицией 12, а верхняя часть - позицией 13. Нижняя часть 12 реализована в виде чашеобразной формы и имеет дно 14 и кольцевой жесткий буртик 15, от которого множество радиальных буртиков идет в направлении края дна 14. Фланец 17 предусмотрен на верхней реборде нижней части 12. Нижняя часть 12 поглотителя преимущественно изготовлена из алюминиевого листа толщиной менее 0,5 мм, в особенности толщиной от 0,3 до 0,4 мм, при помощи процесса глубокой вытяжки. Верхняя часть 13 поглотителя имеет рупор 18, который в области его раскрытия по максимальному диаметру (по раскрыву) образует переход через тор 19 в край 20, имеющей в поперечном сечении форму уголка. Для достижения низких уровней шума (менее 130 дБ) имеется возможность дополнительного увеличения поглотительного эффекта поглотителя 8 размещением проницаемого слоя (не показан на чертежах) поперек раскрыва рупора D_m. Рупор 18 сужается по конической дуге от его раскрытия с максимальным диаметром D_m (от раскрыва рупора) в направлении раскрытия малого диаметра D_t (горловины рупора). В области горловины рупора предусмотрены пять щелей 21, которые имеют острые края 21.1 и которые смещены друг относительно друга на угол 72^o (венец рупора). Пять щелей венца рупора образуют площадь прохождения потока с шириной b и высотой с. Индивидуальные щели имеют закругления по дуге в вершинах. Увеличенные структурные допуски, в особенности в отношении расстояния а до дна, становятся возможными в результате дуговой и венчиковой (корончатой) формы щелей 21. В преимущественном варианте осуществления изобретения, когда щели адаптированы к высоким уровням звука (более 130 дБ), ширина b составляет 5,6 мм, а высота с равна 20 мм. Верхняя часть 13 поглотителя преимущественно изготовлена из алюминиевого листа толщиной менее 0,5 мм, в особенности толщиной от 0,3 до 0,4 мм, при помощи процесса прессования. Верхняя часть 13 и нижняя часть 12 могут быть также изготовлены из другого листового материала или пластика (но тогда, возможно, с другими размерами). Процесс инжекционного литья может быть преимущественно использован в том случае, когда верхняя часть 13 и нижняя часть 12 изготовлены из пластика. В процессе сборки нижней части 12 и верхней части 13 реборда 20 уголковой формы соединяется с ребордой 17 при помощи опрессовки, когда образуется обжатый фланец 22 и рупор проецируется на нижнюю часть 12 на определенном расстоянии от основания 14. Материал изготовления, размеры и процесс производства выбираются таким образом, чтобы обеспечить сопротивляемость любым механическим и термическим (тепловым) нагрузкам во время запуска транспортного средства и отделения обтекателя полезной нагрузки 1 от запускаемого транспортного средства. Круглые вырезы во вспененной пластиковой плите 7, обозначенные позициями 23, и введенные в них акустические поглотители 8, располагаются на обжатом фланце 22 на верхней части 7.1 вспененной пластиковой плиты 7 и соединяются с ней. Соединительный диск 24 из вспененного пластика предусмотрен на дне 14 акустического поглотителя 8. Механическое соединение поглотителя 8 с обтекателем полезной нагрузки 1 создается исключительно при посредстве вспененной пластиковой плиты 7 и вспененных пластиковых дисков 24.

Вспененный пластиковый диск 24 имеет такие же специфические механические свойства относительно жесткости и прочности, что и вспененная пластиковая плита 7, и преимущественно изготавливается из такого же материала.

После того, как акустическая защита 6 связана с обтекателем полезной нагрузки 1, как это показано на фиг. 3, ее частоты структурного резонанса преимущественно лежат выше более чем в 1, 5 раза относительно частотного диапазона акустической эффективности поглотителя 8. Таким путем нарушена связь акустической резонансной частоты со структурной резонансной частотой.

Для достижения достаточного звукового поглощения на частотах менее 90 Гц длина L поглотителя 8 выбирается большей 100 мм.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, в котором оптимизирована эффективность поглощения звука в частотном диапазоне ниже 90 Гц, в особенности в октавной полосе 31,5 и 63 Гц, акустический поглотитель 8 имеет длину L 135 мм, диаметр D 249,5 мм, диаметр D_t горловины рупора 18 мм и расстояние а 10 мм между рупором 18 и основанием 14.

В этом варианте построения поглотителя 8 частоты структурного резонанса акустической защиты 6 лежат в диапазоне выше 150 Гц. Вес защиты на единицу площади, включая связующее вещество (клей) для ее закрепления на обтекателе полезной нагрузки 1, составляет менее 3,5 кг/м².

В соответствии с фиг. 8 и 9 сборная рама 30, адаптированная под размер вспененных пластиковых плит 7, образована двумя линейными опорами 31 уголковой формы и двумя поперечными опорами 32, которые жестко скреплены друг с другом. Уплотнительная маска 33, например, из каучука располагается на верхней части сборной рамы 30 и в соответствии со стандартизованной вспененной пластиковой плитой 7 имеет восемнадцать круглых вырезов 34 для введения в них акустических поглотителей 8, закрепленных во вспененной пластиковой плите 7. Диаметры вырезов 34 меньше диаметров акустических поглотителей 8, так что уплотнительная маска 33 деформируется при помещении на нее сборной рамы 30, причем, когда прикладывается повышенное давление, маска воздухонепроницаемо прижимается к акустическим поглотителям 8. Уплотнительные губки 35, которые также могут быть изготовлены из каучука, предусмотрены, например, по нижним кромкам линейных опор 31 и поперечных опор 32. Две линейные опоры 31 соединены по центру по меньшей мере одной полосой 36. Соединитель всасывания 37, который может быть подключен к генератору повышенного давления, не показанный в деталях, и соединитель контроля давления 38 предусмотрены на одной из поперечных опор 32.

Для закрепления вспененных пластиковых плит 7 на внутренних участках 5 обтекателя полезной нагрузки 1 сборная рама 30 помещается вокруг соответствующей вспененной пластиковой плиты 7, подлежащей соединению, и создается повышенное давление, которое эффективно воздействует на полную поверхность вспененной пластиковой плиты 7 (смотри направления эффективности воздействия внешнего давления, показанные стрелками P_f на фиг. 9), так что подлежащие соединению вместе поверхности хорошо прижимаются друг к другу во всех местах. Повышенное давление поддерживается до тех пор, пока не произойдет отверждение клеевого соединения.

На фиг. 10 диаметр раскрыва рупора обозначен D_m, объем рупора обозначен V_c, объем ячейки обозначен V_H, а длина рупора 18 обозначена буквой 1. Расстояние а, длина L и диаметр D_t горловины рупора имеют такое же значение, как и на фиг. 3-7. Площадь щели S_s вычисляется по расстоянию a и диаметру D_t горловины рупора.

В соответствии с фиг. 11 излученные звуковые волны показаны в виде волнистых линий EW, отраженные звуковые волны обозначены в виде RW, вибрации в виде SV, а стоячие волны показаны изогнутыми линями SW.

Размеры акустического поглотителя 8, описанного ранее со ссылкой на фиг. 3-7, которые требуются для поглощения в определенном частотном диапазоне, могут быть определены аналогично размерам резонаторов, предложенных Гельмгольцем и используемых для акустического анализа. В их исходной форме такие резонаторы состоят из полых сфер с двумя противоположно направленными отверстиями, одно из которых направлено в сторону звукового источника, а другое приспособлено для входа в ухо и работает как слуховая трубка. Если источник звука генерирует компоненты частоты, которые в значительной степени соответствуют резонансной частоте полого сферического резонатора, то он будет усиливать эту гармонику, которая будет единственной, которую можно будет услышать.

Предложенный акустический поглотитель 8 в соответствии с фиг. 10 может быть рассмотрен как оптимизированный резонатор/поглотитель Гельмгольца, сферические свойства которого в основном обеспечиваются комбинацией объема ячейки V_H, объема рупора V_c и площади щели S_s. По аналогии с механической системой пружина/масса объем ячейки V_H действует аналогично пружине, в то время как воздух в области площади щели S_s, который вибрирует за счет внешнего звукового действия, может считаться массой m. Эта вибрирующая масса m увеличивается до массы m^* вибрирующим воздухом в объеме рупора V_c, так что вибрационная система вырабатывает низкую резонансную частоту, уровень которой определяется размером и формой акустического поглотителя 8.

Детально, резонансная частота f акустического поглотителя 8 является функцией следующих параметров:

S_t, площади поперечного сечения, связанной с диаметром D_t горловины рупора,

V_H, объема ячейки,

D_t, диаметра горловины рупора,

D_m, диаметра раскрыва рупора,

l, длины рупора.

В упомянутой выше системе пружина/масса резонансная частота f_o определяется в соответствии с



в котором S обозначает жесткость пружины, которая соответствует жесткости объема ячейки V_H и которая может быть получена из уравнения



в котором с обозначает скорость звука, а обозначает удельную массу континиума объема ячейки. Эффективная вибрационная масса m^* может быть получена из уравнения

m^*= S_sl^*, (3)

в котором l^* обозначает эффективную высоту вибрационного континиума. Если ввести уравнения 2 и 3 в уравнение 1, то можно получить классическое выражение для резонансной частоты резонатора/поглотителя Гельмгольца:



и, при l^*, соответствующем l_SAA^*, где SAA обозначает "Специальный Акустический Поглотитель" с площадью поперечного сечения S_t, связанной с диаметром D_t горловины рупора, получают низшую резонансную частоту акустического поглотителя 8:



В уравнении 5 длина l_SAA^* соответствует площади поперечного сечения S_t и образована тремя компонентами, связанными с горловиной, конусностью и раскрывом рупора:

l_SAA^* = l_t^* + l_c^* + l_m^* (6)

m_SAA^* = S_tl_SAA^* (7)

В то время как эффективную длину l_t^* горловины рупора и длину l_m^* раскрыва рупора получают в результате испытаний, эффективная длина l_o^*, связанная с конусностью рупора, может быть вычислена при помощи эквивалентной кинетической энергии вибрационного континиума. В предположении, что все частицы газа в пределах конуса вибрируют в фазе друг с другом, можно получить применимое уравнение непрерывности:

u_t~S_t= u_x~S_x= u_m~S_m. (8)

Тогда кинетическая энергия вибрационного континиума определяется как:



Вводя



и



где s_x является площадью локального поперечного сечения рупора при осевой координате x, 1 является длиной рупора, u_x является скоростью локальной частицы (колеблющейся и направленной по оси), а u_t является скоростью локальной частицы в горловине рупора.

Вычисление уравнения 9 дает:



При введении уравнения 11 в уравнение 6 и уравнения 6 в уравнение 5 аппроксимированная нижняя частота Специального Акустического Поглотителя (SAA) может быть получена в виде:



Из этого уравнения 12 возможно с приближением получить желательную нижнюю резонансную частоту акустического поглотителя 8 путем выбора его размеров и формы.

Функционирование описанной выше акустической защиты может быть описано более подробно со ссылкой на фиг. 1, 3 и 11.

Звуковые волны EW, генерируемые излучателем шума силовой тяговой установки ракеты, сталкиваются с обтекателем полезной нагрузки 1, в процессе чего создаются отраженные звуковые волны RW и возникают вибрации SV обтекателя полезной нагрузки 1. При возникновении вибраций в объеме расположения полезной нагрузки 9 образуются стоячие волны SW, которые воздействуют на акустическую защиту 6. Поглощение звука вспененной пластиковой плитой 7 эффективно в частотном диапазоне выше 100 Гц, а поглощение звука акустическим поглотителем 8 эффективно на частотах ниже 90 Гц. За счет специальной формы акустического поглотителя 8 создается пульсирующий воздушный поток сталкивающихся звуковых волн, при котором самые высокие скорости потока достигаются в щелях 21 рупора 18. На острых кромках 21.1 щелей 21 происходит разделение потока, за счет чего направленная энергия потока преобразуется в турбулентность и, в конечном счете, в нагрев (рассеивание).