Національний авіаційний університет

Коновалова Олена Вікторівна

УДК 711.553.9:628.517.2:656.71

Удосконалення проектування
генерального плану аеропорту
з урахуванням акустичного фактора

21.06.01 – Екологічна безпека

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ - 2005

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано в Національному авіаційному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник доктор технічних наук, професор
Запорожець Олександр Іванович,
Національний авіаційний університет,
завідувач кафедри безпеки життєдіяльності.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор
Скорченко Віктор Федорович,
професор кафедри проектування доріг
Національного транспортного університету
МОН України, м. Київ;

кандидат технічних наук, професор
Коржик Борис Михайлович,
завідувач кафедри безпеки життєдіяльності Харківської Національної академії міського господарства МОН України, м. Харків.

Провідна установа Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут” МОН України, м. Київ.

Захист відбудеться 01.12.2005 р. о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.062.09 в Національному авіаційному університеті за адресою: 03058 м. Київ, просп. Космонавта Комарова, 1.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного авіаційного університету за адресою: 03058 м. Київ, просп. Космонавта Комарова, 1.

Автореферат розісланий 25.10.2005 р.

Учений секретар спеціалізованої вченої ради

канд. хім. наук, доцент Г.В. Сокольський

Загальна характеристика роботи

Актуальність проблеми. Експлуатація і розвиток будь-якого аеропорту справляють шкідливий вплив на навколишнє середовище (НС) через різні фактори, а саме: шумове забруднення, викиди в атмосферу, забруднення води і ґрунту. Деякі з цих факторів є наслідком експлуатації аеропорту, інші виникають в результаті розвитку його інфраструктури. Згідно з Повітряним кодексом України експлуатант під час проектування, будівництва, реконструкції і експлуатації аеропорту зобов’язаний виконувати діючі норми з охорони НС, а Закон України “Про об’єкти підвищеної небезпеки” передбачає обов’язкове проведення екологічної експертизи для злітно-посадкової смуги (ЗПС) і аеропорту в цілому.

Основний напрям екологічної діяльності аеропортів Європи (близько 66%), в тому числі великих аеропортів України, тепер і на найближчий час – зниження авіаційного шуму (АШ). У ряді випадків проблема шуму перешкоджає збільшенню пропускної здатності (ПЗ) аеропорту. Авіаційний шум негативно впливає не тільки на населення, яке мешкає на околицях аеропорту, але, перш за все, на персонал аеропорту, безпосередньо пов’язаний з експлуатацією авіапідприємства. Таким чином, шум є як екологічним, так і виробничим несприятливим фактором. Проблема впливу АШ на околицях аеропорту загострюється у зв’язку з продовженням наближення житлових масивів до аеропортів, розширенням існуючих і введенням нових маршрутів руху повітряних кораблів (ПК) у районі аеродрому, які розміщуються часто над житловими масивами. При цьому постійно зростає соціально-економічна значущість проблеми, що зумовлено зростанням кількості людей, які працюють в умовах впливу АШ, і серйозністю наслідків цього впливу, що виявляється в професійній захворюваності авіаспеціалістів, зниженні продуктивності праці, підвищенні ризику помилкових дій, необхідності виплати компенсацій за роботу в шкідливих умовах праці. Вирішення проблеми захисту населення та персоналу аеропорту від шкідливого впливу актуальне для України в умовах недостатнього фінансового забезпечення заходів щодо охорони праці та НС і має бути одним з пріоритетних напрямів державної діяльності.

Аналіз та порівняння отриманих результатів експериментальних даних з нормативними вимогами до шуму показали, що реальні рівні шуму як на околицях, так і на території аеропорту можуть перевищувати нормативні значення, зокрема у великих європейських аеропортах, які експлуатують сучасну малошумову авіаційну техніку. При цьому недостатньо використовуються планувальні та архітектурно-будівельні заходи. Тому ефективним підходом до вирішення проблеми може бути урахування так званого “акустичного фактора” або “акустичних умов” на стадії проектування аеропорту.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась відповідно до Національної програми покращення стану безпеки, гігієни праці і виробничої санітарії на 2002 – 2005 рр. Результати виконаних автором досліджень знайшли застосування у науково-дослідних темах: №2947 “Визначення зон обмеження забудови та санітарно-захисних зон у прилеглій до аеродрому аеропорту “Київ” (“Жуляни”) території; №2745 “Визначення зон обмеження забудови та санітарно-захисних зон в прилеглій до аеродрому аеропорту “Одеса” території”; №3142 “Визначення зон обмеження забудови та санітарно-захисних зон у прилеглій до аеродрому аеропорту “Львів” території”; “Noise Insulation Programe of Fraport – 2001” аеропорту Франкфурт-на-Майні, Німеччина; програми “Леонарод-Ойлер” на 2003 – 2004 рр. “Designing of Airport General Plan According to Noise Conditions” у якої автор був відповідальним виконавцем.

Метою роботи є зменшення впливу АШ на персонал і населення на околицях аеропорту через удосконалення і реалізацію заходів щодо генерального планування аеропорту з урахуванням акустичного фактора.

Відповідно до встановленої мети в дисертації сформульовано і вирішено такі основні наукові завдання, які винесено до захисту:

-

-

-

-

-

-

-

Об’єкт досліджень — вплив АШ на персонал аеропорту та населення, що мешкає на його околицях.

Предмет досліджень — зниження впливу АШ на персонал аеропорту та населення, що мешкає на його околицях, під час проектування генерального плану аеропорту з урахуванням акустичного фактора.

Методи досліджень. У роботі використовувались як експериментальні дослідження, так і математичні методи моделювання. Експериментальним шляхом визначались рівні шуму на робочих місцях, характеристики звукоізоляції типових огороджувальних конструкцій будівель та споруд аеропорту, спектральні характеристики та характеристики спрямованості основних джерел випромінювання шуму. Методи математичного моделювання утворення, поширення і впливу АШ включають як аналітичні, так і напівемпіричні.

Наукова новизна отриманих результатів:

Уперше досліджено планування генеральних планів аеропортів України з урахуванням шуму, що створюється безпосередньо на території аеропорту.

На основі проведеного інструментального контролю в аеропортах України, Росії і Німеччини уточнено спектральні характеристики і характеристики спрямованості основних джерел шуму на території аеропорту: допоміжних силових установок (ДСУ) ПК за час обслуговування на місцях стоянок (МС) літаків; двигунів ПК на етапах польоту в районі аеродрому і на етапах руління, на МС і пероні; спецмашин і пасажирського автотранспорту.

Досліджено звукоізоляцію різних за конструкцією і місцеположенням типових будівель аеропорту й обґрунтовано основні фактори, які впливають на звукоізоляцію огороджувальних конструкцій в реальних умовах.

Уперше показано, що на стадії проектування аеропорту в разі встановлення зон, що підлягають надмірному впливу шуму, використання значення максимальної експлуатаційної ПЗ дозволяє здійснювати планування землекористування на весь термін експлуатації аеропорту до наступної реконструкції.

Обґрунтовано акустичну модель аеропорту з урахуванням удосконалених моделей визначення спектральних характеристик шуму джерел, а також ефектів затухання, екранування, відбиття і поглинання конструкціями будівель і споруд аеропорту. Акустична модель аеропорту має достатню точність і толерантність до помилок у первинних даних.

Практична цінність отриманих результатів:

Удосконалено методику й обґрунтувано рекомендації щодо вибору заходів зі зниження АШ. На їх основі розроблено проект посібника з проектування аеропортів цивільної авіації з урахуванням захисту від шуму та акустичного благоустрою території аеропорту.

Рекомендовано методику розрахунку і прогнозування АШ на околицях аеропорту з урахуванням ПЗ ЗПС. На основі запропонованої удосконаленої моделі розроблено програмне забезпечення NoBel, яке реалізує удосконалені моделі шуму типу ПК (джерела шуму), а також ефекти поширення шуму.

Обґрунтовано пакети заходів щодо збільшення ефективності звукоізоляції будівлі, які дозволяють без проведення додаткових розрахунків знизити рівень шумового забруднення всередині службових приміщень на значення 30 – 35 дБ.

Персональний внесок здобувача полягає у виборі основних методичних підходів до експериментальних досліджень та обробки результатів. Йому належать усі наукові результати, що виносяться на захист. Основні результати теоретичних і експериментальних досліджень, які проведено в дисертаційній роботі, опубліковано в наукових працях [1–20]. Персональний внесок: [2] виконано аналіз методів акустичного конструювання приміщень; [3] досліджено основні фактори, які впливають на ізоляцію АШ елементами фасаду і будівлі в цілому; [5] проведено аналіз алгоритмів обґрунтування ПЗ аеропорту з обмеженнями за АШ; [6] досліджено ефекти перевипромінювання звуку від зовнішніх джерел всередину будівель і вплив характеристик типових вікон на звукоізоляцію фасаду; [8] досліджено фактори, які обумовлюють акустичну модель аеропорту; [9] досліджено вплив ефектів інтерференції і екранування на поширення шуму літаків; [10] обґрунтовано методологію акустичного зонування території аеропорту з наступним обґрунтуванням рекомендацій щодо оптимальної схеми забудови службово-технічної території (СТТ); [11] обґрунтовано використання екранів для акустичного благоустрою типових для аеропорту великих виробничих приміщень на підставі розрахунку акустичної ефективності; [12] виконано розрахунок акустичних властивостей типового виробничого приміщення; [13] проведено аналіз концепції екологічної ПЗ стосовно обмеження шуму в аеропортах; [14] проведено аналіз типових схем генеральних планів аеропортів і планувальних рішень деяких великих аеропортів України; [15] обґрунтовано, що ПЗ аеропорту на стадії проектування визначається мінімальним значенням серед трьох видів: економічної, експлуатаційної і екологічної; [16] проаналізовано удосконалену методику прогнозування АШ; [18] виконано розрахунок і оцінку акустичних умов на території аеропорту залежно від напряму зльоту–посадки ПК; [19] розроблено й обґрунтовано пакети заходів щодо підвищення звукоізоляції будівель і споруд аеропорту на 30–35 дБ.

Апробація результатів роботи. Основні результати дисертаційної роботи доповідались і отримали позитивну оцінку на міжнародних науково-технічних конференціях “Авіа-1999 — Авіа-2004” (КМУЦА – НАУ, м. Київ, 1999–2004 рр.); міжнародних симпозіумах “Transport Noise and Vibration” (м. Санкт-Петербург, 2000–2002 рр.); семінарах ЦАГІ “Авіаційна акустика” (м. Дубна, 1999–2000 рр.); I Міжнародній конференції “Baltic-Acoustic-2000” (м. Вільнюс, вересень 2000 р.); I, II та IV Всеукраїнських науково-методичних конференціях “Безпека життєдіяльності людини. Освіта, наука, практика.” (НАУ, м. Київ, 2002, 2003, 2005 рр.); II Міжнародній конференції Joint Baltic-Nordic Acoustical Meeting “The Acoustic Environment – From Noise to Silence” (м. Лінгбі, Данія, серпень 2002 р.); V науково-технічній конференції студентів і молодих вчених “Політ -2004” (НАУ, м. Київ, квітень 2004 р.)

Публікації. За результатами виконаних досліджень опубліковано 20 наукових робіт, з них: 5 наукових статей опубліковано в виданнях, які затверджені переліком ВАК України; 2 статті — у закордонних наукових журналах; 1 стаття — у збірнику наукових праць; 10 робіт надруковано в збірниках матеріалів конференцій; 2 у формі тез доповідей.

Структура й обсяг дисертаційної роботи. Робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаної літератури і додатків.

Повний обсяг дисертації – 200 сторінок, в тому числі 81 рисунок на 30 сторінках, 33 таблиці на 12 сторінках, 4 додатки на 15 сторінках, список використаної літератури з 109 найменувань на 12 сторінках.

основний Зміст роботи

У вступі розкрито сутність і стан науково-технічної проблеми, показано її значущість для зниження шкідливого впливу АШ на персонал аеропорту і населення, яке мешкає на його околицях, а також дано загальну характеристику роботи.

У першому розділі розглянуто, що проблему АШ поділено на два завдання: завдання охорони НС, що пов’язане з обмеженням впливу АШ на населення на околицях аеропорту, та завдання охорони праці, спрямоване на зниження впливу шуму на персонал безпосередньо на території аеропорту. З метою вибору об’єкта дослідження проведено порівняльний аналіз цих завдань і в результаті визначено їх відмітні особливості і набір факторів, що враховуються для їх вирішення.

Проаналізовано рекомендації щодо проектування аеропортів з урахуванням екологічних критеріїв за шумом. Указано на недосконалість цих рекомендацій, зокрема щодо оцінки АШ на околицях аеропорту і встановлення зон захисту від надмірного впливу шуму за умови змінювання інтенсивності експлуатації ПК. Виконано аналіз існуючих підходів до оцінки АШ на околицях і території аеропорту, які викладено в роботах учених: А. М. Мхітаряна, В. І. Токарева,
О. І. Запорожця, В. Г. Єнєнкова, Б. М. Мельнікова, О. О.Картишева та ін.

Дослідження типових схем генеральних планів аеропортів України і зарубіжжя виявили, що рішення, які на сьогодні рекомендовано, в цілому не враховують особливості формування акустичних умов безпосередньо на території аеропорту. Існуючі планувальні рішення генеральних планів аеропортів України і зарубіжжя характеризуються формуванням надмірних рівнів шуму в зонах на території аеропорту, де розміщуються робочі місця. Виникає необхідність значного корегування нормативних документів і рекомендацій щодо планування аеропортів з метою захисту персоналу від АШ і акустичного благоустрою території аеропорту.

Розглянуто три види ПЗ аеропорту (економічна, експлуатаційна і екологічна) і їх взаємозв’язок з урахуванням АШ. Показано, що реальна ПЗ аеропорту визначається мінімальним значенням серед вказаних видів ПЗ:

С = min (Cекс; Cекон; Cекол) (1)

Обґрунтовано використання максимальної експлуатаційної ПЗ з урахуванням запроектованої інфраструктури на стадії проектування аеропорту для встановлення зон, що підлягають надмірному впливу шуму.

Другій розділ дисертації присвячено експериментальним дослідженням основних джерел шуму та їх характеристик. Дослідження включали визначення рівнів шуму на робочих місцях персоналу на льотному полі з метою складання шумової карти аеропорту та виявлення зон з рівнями шуму, які перевищують нормативні значення. При цьому порівнювались рівні шуму на робочих місцях і конкретної шумової події (технологічного етапу, що виконується ПК), а також зіставлялись реальний час впливу надмірних рівнів шуму з максимально допустимим часом з урахуванням використання персоналом засобів індивідуального захисту від шуму. У зв’язку з малим ослабленням АШ у межах перону майже весь авіаційно-технічний персонал, який знаходиться біля ПК, виконуючи технічне обслуговування, зазнає інтенсивного впливу шуму під час роботи ДСУ, запуску СУ, руління ПК, їх зльоту, посадки і випробування двигунів і т.ін. Виявлено, що рівні шуму, які перевищують нормативні значення за еквівалентним (85 дБ(A)) і максимальним (135 дБ(С)) рівнями шуму, створюються біля близько розташованих виробничих будівель та МС літаків та між посадковими галереями та за відносно великої щільності МС ПК. Установлено основні джерела шуму, які створюють на території аеропорту рівні шуму, що перевищують нормативні значення: ДСУ ПК за час обслуговування на МС (в середньому на
9–12 дБ(A)); двигуни ПК на етапах зниження перед посадкою і пробігом, розбігом та набором висоти під час зльоту (в середньому на 10–20 дБ(A)); двигуни ПК на етапах руління (в середньому на 8–15 дБ(A)); двигуни ПК під час випробування (в середньому на 8–13 дБ(A)); аеродромна спеціалізована техніка (аеродромні газоструменеві машини) — на 14–16 дБ(A).

Виконано експлуатаційні дослідження звукоізоляції типових огороджувальних конструкцій будівель і споруд аеропорту, що є важливим елементом забезпечення умов праці людей у приміщеннях. Визначено основні фактори, що впливають на ізоляцію повітряного шуму огороджувальними конструкціями R (дБ) у реальних умовах: ефект кута падіння звукової хвилі, напрямленість шуму ПК, вплив відстані до джерела шуму і швидкості його руху, орієнтація фасаду будівлі до маршруту польоту (рис. 1). Експериментально отримано спектральні характеристики звукоізоляції стін із зачиненими і трохи відчиненими вікнами з дерев’яними і алюмінієвими рамами.

Рис. 1. Порівняння ізоляції повітряного шуму R (дБ) для торцевих фасадів

Для розрахунку акустичних умов на території аеропорту пропонується користуватись характеристиками шуму всіх джерел у вигляді третинооктавних спектрів. Це обумовлено тим, що ефективність майже всіх засобів зниження шуму (звукоізоляція огороджувальних конструкцій, акустичних екранів і т. ін.) також оцінюється за допомогою третинооктавних спектрів.

Проведено експериментальні дослідження характеристик шуму літаків. Кількість акустичних джерел, які обумовлюють характеристики шуму літаків на місцевості, залежить від типу літака і виконуваного технологічного етапу. Для завдань проектування аеропорту, якщо не відомі акустичні характеристики типу літака, який буде експлуатуватись в аеропорту, в цій роботі вводиться поняття “спектральний клас літака” (табл. 1) на основі подібності їх спектрів шуму, визначених для режимів польоту з максимальною тягою двигунів.

Для прогнозування акустичних умов на території аеропорту дуже важливо враховувати характеристики спрямованості випромінювання шуму літаків (рис. 2). Це зумовлено тим, що відстані від джерела шуму до приймача (робочого місця персоналу) не великі, і вплив спрямованості на формування акустичних умов значний. Ефект спрямованості випромінювання АШ виявляється не тільки в зміні амплітуди звукових хвиль, але і їх спектрального складу.

Таблиця 1

Спектральні класи літаків, використовувані в роботі

Спектральний клас | Опис літаків | Типи літаків

С-1 | З турбореактивим двоконтурним двигуном (ТРДД) із низьким ступенем двоконтурності | Іл-76, Іл-86, Іл-62, Ту-154, Ту-134
B727-100, B727-200, B737 | С-2 | З ТРДД із середнім ступенем двоконтурності | Як-40, Ту-204
А300, А310 | С-3 | З ТРДД із високим ступенем двоконтурності (максимальна злітна маса m 100т) | Як-42, Ан-72, Ан-74
А-320, B737-300, B737-400, B737-500

С-4 | З ТРДД з високим ступенем двоконтурності (максимальна злітна маса m 100 т) | Іл-96, Ан-124
747-100, 747-200, 747-400 | С-5 | Літаки з гвинтовим двигуном | Іл-18, Ан-12, Ан-24
СVR580, DHC7, DHC8 |

Рис. 2. Діаграми спрямованості шуму літаків класу С-2 (а) і С-3 (б) за частотою f, Гц

Виміряні рівні шуму ДСУ на робочих місцях (виконувались вимірювання для механіка ПК) показали, що за час усіх етапів технічного обслуговування на людину діють рівні шуму, які перевищують нормативні значення в середньому на 25 дБ(A). Дослідження спектральних характеристик шуму ДСУ показують перевагу високих рівнів звукового тиску (РЗТ) у всьому діапазоні частот (рис. 3а).

Гелікоптери розподілено на 4 класи (В-1, В-2, В-3 та В-4), характеристики спектра шуму яких зображено на рис. 3б.

Рис. 3. Спектральні характеристики шуму ДСУ за максимального режиму роботи на відстані 20 м для літаків (а); спектральні характеристики шуму гелікоптерів (б)

Переважальне джерело шуму допоміжної аеродромної техніки – аеродромні газоструменеві машини, основним робочим елементом яких є авіаційний реактивний двигун, що відпрацював ресурс. Для цього типу машини характерні максимальні рівні шуму в діапазоні середніх і високих частот, які спричинено шумом компресора і струменя реактивного двигуна (рис. 4).

Рис. 4. Характерні спектри шуму аеродромної газоструменевої машини на базі автомобіля КрАЗ-258 у разі розміщенні авіаційного двигуна в передній частині автомобіля

Третій розділ дисертації присвячено обґрунтуванню акустичної моделі аеропорту. З цією метою використано моделі акустичних джерел і моделі поширення шуму в НС.

Для аналізу факторів, які впливають на поширення шуму, використовується принцип роздільного аналізу. На шляху поширення від джерела до приймача звук взаємодіє з об’єктами середовища і зазвичай інтенсивність звуку знижується за рахунок найбільш характерних факторів, що розглядаються: геометричного поширення (дивергенції) звукової хвилі у вільному полі відносно точки розміщення джерела шуму LR; поглинання звукової енергії в атмосферному повітрі Lатм; інтерференції звукових хвиль – прямої і відбитої – від обмежуючої поверхні, яка розміщена вздовж шляху поширення звукових хвиль (наприклад, від підстильної поверхні) Lінт; дифракції звукових хвиль на перешкодах, Lекр. Таким чином, затухання шуму LЗ визначається за формулою:

LЗ = LR + Lатм + Lінт + Lекр (2)

Запропонована модель дозволяє побудувати криві однакових значень рівнів шуму на місцевості, тобто для індексів звуку, наприклад типу LAmax і LAекв, а також спектрів РЗТ з урахуванням спектральних характеристик випромінювання (рівнів потужності випромінювання шуму або РЗТ, які зведено до відстані R зазвичай для R=1м) та характеристик спрямованості (залежно від кута напряму) для конкретного типу ПК:

SPL(x,z) = SWLR + L + LЗ (3)

Затухання звукових хвиль у повітрі розраховується залежно від параметрів атмосфери на підставі рекомендацій додатка 16, т. 1 “Авіаційний шум” до Конвенції ІКАО. Спектри інтерференції прямих та відбитих хвиль визначають за значенням коефіцієнта відбиття звуку від поверхні та відстані прямої та відбитої звукових хвиль. Коефіцієнт відбиття сферичної звукової хвилі визначається кутом відбиття та імпедансними характеристиками відбиваючої поверхні. Порівняння розрахованих та виміряних значень імпедансу показано на рис. 5а. Спектри інтерференції (рис. 5б) з урахуванням відстані для різноманітних (з різними імпедансними характеристиками) поверхонь, на підставі яких можна зробити висновок, що вплив ефекту інтерференції в межах території аеропорту може досягати 6–8 дБ(A) (в одиницях LAmax) і залежить від характеристик поверхні, над якою поширюються звукові хвилі.

Рис. 5. Порівняння виміряних і розрахованих у цих дослідженнях значень зведеного імпедансу Z (а); спектри інтерференції звукових хвиль з урахуванням відстані для різних поверхонь (б)

Завдання створення акустичного комфорту для робочих місць персоналу в спорудах та будівляхинках аеропорту вирішується підбиранням конструкції навколишнього огородження з достатньою звукоізоляцією та раціональним внутрішнім плануванням. Наприклад, втрату звукопередачі TL через панель можна розрахувати з достатнім рівнем точності через масу на одиницю поверхні m:

— у низьких та середніх частотах;

— у високих частотах з урахуванням ефекту резонансу,

де fc – критична частота (яку визначають залежно від модуля жорсткості Е матеріалу стінки), Гц; – коефіцієнт зниження втрати звукопередачі у зв`язку з резонансним ефектом; К1 та К2 – коефіцієнти, що залежать від кількості шарів, з яких складається стіна.

З урахуванням проведених експериментальних досліджень у роботі використано методику, яку реалізовано в комп`ютерній програмі INSUL. Модель дозволяє розраховувати та проектувати одношарові та багатошарові стіни. Порівняння значень, що розраховані для звукоізоляції одношарової стіни з віконним прорізом з результатами вимірювань залежно від частоти перевипромінюваного звуку, показують достатній збіг значень (рис. 6).

Рис. 6. Порівняння розрахованої та виміряної звукоізоляції фасаду R

З урахуванням особливостей експлуатації аеропорту та акустичних характеристик типових виробничих приміщень виділено основні фактори, які необхідно враховувати для оцінки шуму, що надходять від джерел шуму, які знаходяться всередині приміщень та споруд аеропорту: дзеркальне та дифузне відображення; розсіювання, що відтворює шорстка структура поверхонь; дифракцію завдяки кінцевому розміру поверхонь; криві поверхні, випуклі та вгнуті поверхні; поглинання, що залежить від кута падіння звукової хвилі. При цьому всередині приміщення необхідно забезпечити як нормативні рівні шуму, так і вимоги до розбірливості мови.

Недоліками класичних геометричних моделей для моделювання звукового поля у великих приміщеннях є тривалий час обчислень для визначення високих порядків відбиття для конфігурації приміщень, які мають складну, а не просту прямокутну форму. Моделювання звукового поля змішаними методами на основі класичних геометричних моделей трасування променів та уявного зображення всередині приміщення від внутрішнього джерела дозволяє обліковувати всі описані вище ефекти поширення звукових хвиль (табл. 2) та оцінювати вплив акустичних властивостей різноманітних будівельних матеріалів на акустичні властивості приміщення взагалі.

Таблиця 2

Результати розрахунку часу реверберації Т, с

Частота f, Гц | 63 | 125 | 250 | 500 | 1000 | 2000 | 4000 | 8000

Час реверберації T, с | 16,80 | 13,87 | 4,09 | 2,49 | 1,57 | 1,57 | 1,08 | 0,61 |

Розроблено акустичну модель аеропорту, призначену для вирішення різних завдань, що виникають під час проектування, будівництва/реконструкції та експлуатації аеропортів цивільної авіації. Загалом структуру акустичної моделі аеропорту зображено на рис. 7.

Рис. 7. Структура акустичної моделі аеропорту

Проведено оцінку ступеня значення факторів, що визначають ступінь впливу шуму на населення, що мешкає на околицях аеропорту, та досліджено чутливість та толерантность поданої моделі до помилок у первинних даних, що стосуються таких факторів. У цій роботі ці фактори умовно розподілено на три категорії: фактори, які визначаються парком ПК, що експлуатуються в аеропорту; фактори, що залежать від ПЗ аеропорту; фактори, які визначаються географічним положенням аеропорту.

Установлено, що модель має велику чутливість відносно факторів, що визначають траєкторію польоту, та меншою чутливістю відносно інших параметрів. Найбільш важливим первинним параметром для прогнозування шуму в районі аеродрому є тип ПК. Значущістьимість інших параметрів залежить від етапу польоту, що розглядається. Для визначеного типу ПК вихідними параметрами, які найбільш суттєво впливають на помилки та неточності в оцінці шуму, є максимальна маса та швидкість руху і меншою мірою — положення закрилків. Наприклад, у разі помилки більше ніж на 10% параметра максимальна маса визначається додаткова помилка для рівня звуку LAmax у межах 3–7 дБ. Для отримання точності результатів розрахунку рівнів шуму в межах 1 дБ похибка даних за максимальної злітної маси літака не повинна перевищувати 5%, за положення закрилків – 15%, а за кут глісади під час зниження – 10%.

Виконано розрахунки та збудовано зони високого (зона А) і помірного (зона В) рівнів впливу шуму за вимогами ГОСТ 22283–88 за допомогою формул (2) та (3) (для еквівалентного рівня звуку LАекв= 65дБ(A) (денний час)) на околицях аеропорту ІІ класу для чотирьох варіантів оцінки (табл. 3 та рис. 8):

1. Використано вихідні характеристики літаків-аналогів з єдиних спектральних класів (наприклад, HS748 з двигунами DART MK532-2 та LEAR 36 з двигунами TFE731-2 як аналоги
Ан-24 та Як-40 відповідно).

2. Використано реальні характеристики літаків Ан-24 та Як-40 (введено в базу даних програми), прийнято стандартні методики пілотування.

3. Для літаків Ан-24 і Як-40 використано методики пілотування зі зниженням шуму.

4. Виконано заміну в парку ПК на перспективні малошумові літаки (для літака Ан-24 літаком типу CV580 з двигунами ALL501-D15, для літаків Як-40 – літаком типу CL601 з двигунами CF34-3A).

Таблиця 3

Порівняння площ контурів шуму, відмежованих рівнями шуму LАекв = 55—75 дБ(A)
для чотирьох варіантів оцінки

Рівень шуму LАекв, дБ(A) | Площа контура S, км2 | Варіант 1 | Варіант 2 | Варіант 3 | Варіант 4 | 55 | 3,06 | 6,95 | 4,79 | 1,36 | 65 | 14,24 | 54,10 | 41,20 | 8,36 | 75 | 0,47 | 1,12 | 1,00 | 0,18 |

У четвертому розділі дисертації проведено дослідження та надано рекомендації щодо використання заходів для зниження впливу шуму на території та в околицях аеропорту.

Для акустичного зонування території з подальшим обґрунтуванням рекомендацій за оптимальною схемою забудови та акустичного благоустрою в районі аеропорту пропонується методика, згідно з якою на початкових етапах проектування розглядаються інтегральні критерії та використовується попередня (чи стандартна, типова) вихідна інформація.

Рис. 8. Контури еквівалентного рівня шуму LAекв для чотирьох варіантів оцінки (табл. 3)

Для повної оцінки проекту на стадії детального проектування пропонується використовувати реальні вихідні дані. Методологію екологічної експертизи проекту будівництва чи реконструкції аеропорту з урахуванням акустичного фактора наведено в табл. 4.

Для зниження впливу шуму від транспортних джерел як на території аеропорту, так і на території житлової забудови в його околицях ефективним засобом є акустичні екрани: на етапах руління ПК (наприклад, установлення екрана вздовж магістральної руліжної доріжки); розбігу та пробігу літака по ЗПС; на МС літака на пероні та на стоянках спеціального призначення (МС випробування двигунів). Запропоновано методику розрахунку акустичної ефективності екрана, реалізовану в програмі NoBel. Методика враховує хвильові процеси, що відбуваються, і фазові співвідношення — дифракцію за удосконаленою моделлю Маєкави на верхній та бокових кромках екрана і явище інтерференції прямої та відображених хвиль з обох його боків.

Таблиця 4

Методологія екологічної експертизи проекту будівництва чи реконструкції аеропорту
з урахуванням акустичного фактора

Етап | Критерій | Оцінка | Вихідні дані

Початкове проектування | Персонал, що працює на льотному полі | Аналіз вимірювання акустичних умов за порівнянням з існуючою ситуацією | Розміщення та схема аеродрому і СТТ

Кількість персоналу

Кількість проектованих ЗПО

Моделі контурів шуму | Населення, що мешкає в зоні проектованих (чи типових) маршрутів заходу на посадку і виходу з району аеродрому | Те саме | Розміщення аеропорту і типова схема маршрутів руху ПК

Розміщення населених пунктів

Кількість ЗПО, що проектується

Моделі контурів шуму | Детальне проектування | Персонал аеропорту | Те саме | Генеральний план аеропорту

Кількість персоналу

Реальні дані про кількість та тип ЗПО ПК

Звукоізоляція будівель

Розрахунок шуму на місцевості | Населення, що мешкає в межах зони, що обмежена контурами шуму:

Lекв = 65 дБ(A)
удень
(з 07:00 по 23:00);

Lекв = 55 дБ(A)
уночі
(з 23:00 по 07:00) | Те саме:

Для денного часу доби

Для нічного часу доби | Розміщення та планування аеродрому

Розміщення населених пунктів

Реальні дані про кількість ЗПО та типи ПК

Розрахунок шуму на місцевості |

На підставі експериментальних та розрахункових оцінок звукоізоляційних характеристик огороджувальних конструкцій розроблено й обґрунтовано пакети заходів щодо підвищення ефективності звукоізоляції будови, які забезпечують без проведення додаткових розрахунків зниження рівнів шуму всередині приміщень на 30 – 35 дБ.

Обґрунтовано використання алгоритму визначення екологічної ПЗ аеропорту для оцінки проектів будівництва чи реконструкції аеропорту на відповідність вимогам до шуму на території аеропорту чи на його околицях. Основна мета реалізації алгоритму – зведення екологічної ПЗ до значення експлуатаційної ПЗ відповідно до формули (1). Залежно від різниці рівнів звуку ?LA=LArealLAgoal чи різниці відповідної експозиції шуму ?TSEgoal = TSEreal — TSEGoal (де індекс real визначає поточне значення, goal – нормативне) приймається рішення згідно з регулюванням шуму на території та в околицях аеропорту, наприклад щодо заміни в парку ПК на менш шумові літаки, кількість яких становить nijk, що може дорівнювати значенню експлуатаційної ПЗ аеропорту:

?TSE/nijk = ?SEijk, (4)

де ?SEijk – необхідна різниця в експозиції шуму нового літака порівняно з існуючими літаками.

Якщо після модернізації парку, введення експлуатаційних процедур та архітектурно-планувальних рішень виконується умова TSEreal > TSEgoal – необхідно використовувати заходи, спрямовані на обмеження реальної ПЗ аеропорту.

У дисертації розглянуто методи оцінювання економічної ефективності заходів, спрямованих на зниження шуму.

вИСНОВКИ

У дисертації запропоновано нове вирішення актуального науково-технічного завдання щодо зменшення впливу авіаційного шуму на персонал та населення, що мешкає на околицях аеропорту, яке грунтується на врахуванні акустичного фактора у процесі проектування генерального плану аеропорту.

Основні наукові висновки та практичні рекомендації:

1. Встановлено, що проблема шуму, що діє на персонал авіапідприємства, розглядається здебільшого з погляду професійної патології і розвитку засобів індивідуального захисту. Водночас майже не зазначено проблему зниження продуктивності праці внаслідок впливу шуму та можливость попередження економічних збитків через раціональне проектування генерального плану аеропорту.

2. Визначено, що існуючі рішення типових схем генеральних планів аеропорту 1–5 класів України та зарубіжжя не враховують особливості акустичних вимог на території аеропорту. Встановлено, що для збільшення ефективності заходів щодо зниження негативного впливу авіаційного шуму на персонал авіапідприємства та населення, що мешкає в околицях аеропорту, можливе використання раціонального планування генерального плану з урахуванням акустичного фактора.

3. Визначені основні джерела авіаційного шуму на території аеропорту і робочі місця з експозицією шуму вище нормативних значень. У зв`язку з малим ослабленням шуму на пероні майже весь авіаційно-технічний персонал, що знаходиться поблизу з ПК під час виконання різних видів технічного обслуговування, підпадає під підвищений вплив шуму під час роботи допоміжної силової установки (на 9–12 дБ(A)), руління (на 8–15 дБ(A)), зльоту і посадки ПК (на 15—20 дБ(A)), випробування двигунів літаків (на 8—13 дБ(A)), роботи аеродромних газоструменевих машин (на 14–16 дБ(A)). Виявлено також, що рівні шуму перевищують нормативні значення за еквівалентним (85 дБ(A)) та максимальним (135 дБС) рівнями шуму між посадковими галереями та за відносно високої щільності місць стоянок ПК.

4. Обґрунтовано акустичну модель аеропорту, яка має вирішувати завдання проектування генерального плану аеропорту (аеродрому та службово-технічної території; звукоізоляції огороджувальних конструкцій; внутрішнього планування будівель та споруд), що дозволяє визначити рівні звуку у вузлах розрахункової сітки на території аеропорту та виконати аналіз акустичних умов, зокрема у спектральній області. Виконано аналіз чутливості та толерантності моделі і визначено вимоги до помилок у первинних даних.

5. Рекомендовано заходи щодо зведення на стадії проектування аеропорту до нормативних значень впливу авіаційного шуму на персонал авіапідприємства та населення, що мешкає на його околицях (раціональне планування та зонування аеропорту з урахуванням акустичного фактора; використання акустичних екранів; проектування споруд з підвищеною звукоізоляцією). Обґрунтовано пакети заходів щодо підвищення ефективності звукоізоляції споруд, що дозволяють без виконання додаткових розрахунків знизити рівень шуму всередині приміщень на 30–35 дБ.

6. Розроблено проект “Посібника з проектування аеропортів цивільної авіації. Захист від шуму та акустичний благоустрій території аеропорту”. Результати дисертаційних досліджень використано для оцінювання та обґрунтування зон обмеження житлової та адміністративної забудови для аеропортів “Київ” (“Жуляни”), “Одеса” та “Львів”.

список ОПУБЛІКОВАНИХ автором рОбІт ЗА темОЮ дисертацІЇ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20.

анотації

Коновалова О.В. Удосконалення проектування генерального плану аеропорту з урахуванням акустичного фактору. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 21.06.01 –