АЭРОАКУ́СТИКА

АЭРОАКУ́СТИКА (от аэ­ро... и аку­сти­ка), раз­дел фи­зи­ки, на­хо­дя­щий­ся на сты­ке аэ­ро­ди­на­ми­ки и аку­сти­ки, в ко­то­ром изу­ча­ют­ся про­бле­мы аэ­ро­ди­на­мич. ге­не­ра­ции зву­ка, рас­про­стра­не­ния зву­ка в дви­жу­щей­ся сре­де, взаи­мо­дей­ст­вия зву­ка с не­ста­цио­нар­ным по­то­ком, а так­же ме­то­ды сни­же­ния шу­мов аку­сти­че­ских аэ­ро­ди­на­мич. про­ис­хо­ж­де­ния. А. в осн. име­ет де­ло со зву­ком, соз­да­вае­мым аэ­ро­ди­на­мич. си­ла­ми и воз­му­ще­ния­ми, ко­то­рые воз­ни­ка­ют в са­мом по­то­ке, а не соз­да­ют­ся дей­ст­вую­щи­ми из­вне си­ла­ми или ко­ле­ба­ния­ми. А. тес­но свя­за­на с та­ки­ми на­прав­ле­ния­ми ме­ха­ни­ки сплош­ных сред, как аэ­ро­ди­на­ми­ка, гид­ро­ди­на­мич. тео­рия ус­той­чи­во­сти, вих­ре­вая ди­на­ми­ка, тео­рия тур­бу­лент­но­сти.

Впер­вые тео­ре­тич. во­про­сы об­ра­зо­ва­ния зву­ка при дви­же­нии по­то­ков жид­ко­сти бы­ли рас­смот­ре­ны Дж. У. Рэ­ле­ем (1877). Од­на­ко прак­тич. при­ме­не­ние А. по­лу­чи­ла по­сле ра­бот рос. учё­ных Л. Я. Гу­ти­на о шу­ме вра­ще­ния вин­та (1936), Е. Я. Юди­на о вих­ре­вом шу­ме стерж­ней (1944), Д. И. Бло­хин­це­ва по аку­сти­ке дви­жу­щих­ся сред (1946) и англ. учё­но­го М. Дж. Лайт­хил­ла о шу­ме тур­бу­лент­ных струй (1952–54).

Шу­мы аэ­ро­ди­на­мич. про­ис­хо­ж­де­ния мож­но раз­де­лить на два клас­са: об­ра­зую­щие­ся при сме­ши­ва­нии час­тиц по­то­ка (шум струи и т. п.) и воз­ни­ка­ющие при об­те­ка­нии по­то­ком твёр­дых тел (шум про­во­дов, вин­тов, вен­ти­ля­то­ров, об­те­ка­ния пла­нё­ра, са­мо­лё­та и т. п.). Осн. при­чи­на аэ­ро­ди­на­мич. ге­не­ра­ции зву­ка – об­ра­зо­ва­ние вих­рей и их ус­ко­рен­ное дви­же­ние в не­од­но­род­ном по­ле те­че­ния при об­те­ка­нии тел, по­ме­щён­ных в по­ток, а так­же при ис­те­че­нии га­за в по­коя­щую­ся или дви­жу­щую­ся сре­ду. Не­ста­цио­нар­ные со­став­ляю­щие по­то­ка в по­гра­нич­ных сло­ях око­ло об­те­кае­мых тел или в сво­бод­ных сло­ях, та­ких, как зо­на сме­ши­ва­ния струи, при­во­дят к не­пре­рыв­ной ге­не­ра­ции вих­рей и к уве­ли­чению тур­бу­лент­но­сти по­то­ка. Вслед­ст­вие сжи­мае­мо­сти сре­ды часть энер­гии по­то­ка из­лу­ча­ет­ся в ви­де аку­стич. волн. При об­ра­зо­ва­нии аэ­ро­шу­мов важ­ную роль иг­ра­ют и те­п­ло­вые про­цес­сы, про­те­каю­щие при го­ре­нии, а так­же в по­то­ках на­гре­тых га­зов.

Ха­рак­те­ри­сти­ки шу­ма тур­бу­лент­ных по­то­ков рас­счи­ты­ва­ют­ся на ос­но­ве урав­не­ния Бло­хин­це­ва – Хоу с ис­поль­зо­ва­ни­ем некоторых уп­ро­ще­ний. Так, на­при­мер, М. Дж. Лайт­хилл рас­смот­рел ма­лые ско­ро­сти по­то­ка, что по­зво­ли­ло ему оп­ре­де­лить мощ­ность зву­ка, из­лу­чае­мо­го всей стру­ёй и её отд. уча­ст­ка­ми, спектр и ха­рак­те­ри­сти­ки на­прав­лен­но­сти шу­ма тур­бу­лент­ной струи. Тур­бу­лент­ная до­зву­ко­вая струя соз­да­ёт ши­ро­ко­по­лос­ный, прак­ти­че­ски сплош­ной шум. При ис­те­че­нии струи из со­пла вбли­зи не­го из­лу­ча­ет­ся вы­со­ко­час­тот­ный шум, вда­ли – низ­ко­час­тот­ный; мак­си­мум из­лу­че­ния зву­ка на­блю­да­ет­ся под уг­лом ок. 30° к оси струи.

В спек­тре шу­мов воз­душ­ных вин­тов и др. ло­па­точ­ных ма­шин (вен­ти­ля­то­ров, ком­прес­со­ров, тур­бин) при­сут­ст­ву­ют как ши­ро­ко­по­лос­ный фон, обу­слов­лен­ный об­те­ка­ни­ем ло­па­стей по­то­ком, так и гар­мо­нич. со­став­ляю­щие, час­то­та ко­то­рых про­пор­цио­наль­на про­из­ве­де­нию чис­ла ло­па­стей на чис­ло обо­ро­тов вин­та. Рас­чёт этих шу­мов про­из­во­дит­ся с ис­поль­зо­ва­ни­ем под­хо­да Гу­ти­на, в ко­то­ром дей­ст­вие ло­па­стей на сре­ду за­ме­ня­ет­ся дей­ст­ви­ем рас­пре­де­лён­ных по ло­па­сти эле­мен­тар­ных сил.

Зна­чит. вни­ма­ние в А. уде­ля­ет­ся во­про­сам рас­про­стра­не­ния зву­ка в ка­на­ле с им­пе­данс­ны­ми стен­ка­ми (см. Им­пе­данс аку­сти­че­ский). Это обу­слов­ле­но не­об­хо­ди­мо­стью соз­да­ния глу­ши­те­лей шу­ма, обес­пе­чи­ваю­щих сни­же­ние аэ­ро­шу­ма по пу­ти его рас­про­стра­не­ния. Под­бор им­пе­дан­са сте­нок по­зво­ля­ет обес­пе­чить макс. сни­же­ние шу­ма в вы­бран­ном диа­па­зо­не час­тот.