Розенберг Л.Д. Физика и техника мощного ультразвука. Книга 1. Источники мощного ультразвука OCR
Подождите немного. Документ загружается.
где
t -
температура
воздуха
в
резонаторе
(ОС),
а
P~
-
абсолютное
зна
чение
давления
в
резонаторе:
P~
= 1
+0,66
Р
о
(Р
о,
атu),
то
плотность
акустической
энергии
внутри
струи
можно
определить:
(25)
Тогда
TV
cES
1 3d2j2A2
10-7
V
а
=-
2 = 8
реп
.
вт.
(26)
Проведенное
Гартманом
сопоставление
мощностей,
вычисленных
по
этой
формуле
[30],
с
результатами
расчетов
W
a
(см.
§
7)
по
эмпирической
фор
муле
(44)
показало неплохое
совпадение
результатов
(табл.
2),
хотя
точность
определения
амплитуды
колебаний
была
не
очень
высока.
Таблица
2
Определение
акустической
мощности
по
измерениям
амплитуды
колебаний
скачка
dc=d
p
•
ммl
h.
ММ
I
Р
n
•
атаl
л.
мм
I
t.
~гц
I
2
А
о
•
I
р'
1
з1
w
М,л,
2'
ата
р.
г/см
о.
вт
6
6
2,84
37,0
9,19
3,05
2,89
0,00348
129
4
4
3,44
27,5
12,36
2,45
3,30
0,00397 78
4
4
3,02
30,0
11,34
2,36
3,02
0,00364
55
4 4
3,71
27,0
12,6
2,50
3,48
0,00419
88
w~.
вт
I w
aI~V~.
150
0,86
76
1,03
70
0,79
80
1,10
I
в
заключение
следует
отметить,
что
при
использовании
правильных
методов
измерения
большую
ошибку
в
абсолютные
величины
звуковой
мощности
может
внести
неточность
калибровки
применяемого
датчика.
При
использовании
диска
Рэлея
или
радиометра
эти
ошибки
могут
быть
сведены
к
сравнительно
малым
значениям,
так
как
эти
приборы
проверя
ются
с
помощью
обычных
разновесок.
Пьезоэлектрические
же
датчики
ка
либруются
в
большинстве
случаев
с
точностью
+1
дб.
Так
как
при
опре
делении
м
ощности
по
измерениям
звукового
давления
величина
получен
ного
с
пьезодатчика
напряжения
возводится
в
квадрат,
то
ошибка
изме
рений
сильно
возрастает.
Поэтому
при
неточности
калибровки
датчика
в
пределах
+1
дб
ошибка
в
измерении
мощности
может
достигать
60%.
Глава
3
ВЛИЯНИЕ
Р
АЗJlИЧНЫХ
ПАРАМЕТРОВ
ИЗJlУЧАТЕЛЯ
НА
ЕГО
РАБОТУ
§
1.
Зависимость
ИЗ.1lучения
от
расстояния
СОП.JIо
-
резонатор
Акустические
колебания
в
газоструйном
генераторе
возникают
при
вполне
определенных
расстояниях
резонатора
от
сопла,
определяемых
положением
зоны
нестабильности
а
1
Ь
1
(см.
рис.
1,
б).
Интенсивность
этих
колебаний
существенно
зависит
от
расположения
входной
кромки
резона
тора
в
этой
зоне,
т.
е.
от
величины
l.
31
Для
конических
сопел
начало
первого
интервала
нестабильности
по
отношению
к
срезу
сопла
эмпирически
определено
Гартманом:
(27)
Конец
зоны
неустойчивости,
также
зависящий
от
давления
воздуха,
опре
деляется
длиной
ячейки
~O.
На
рис.
16,
а
приведена
зависимость
интен
(jИВНОСТИ
звука
[26)
от
расстояния
l
для
излучателя
с
d
c
= 1,5
мм,
рабо
тающего
в
области
ультразвуковых
частот.
По
данным
Гартмана,
интервал
нестабильности
увеличивается
С
давлением
пропорционально
V
P
o-1,86,
но,
судя
по
приведенным
кри
вым,
эта
зависимость
соблюдается
не
всегда.
!,iJO
Q
MOг----,------~----~
1,M8m/cM
2
/O-8,OJ45
120
t------.f-tt-+-~~_+_"_----I
t 4
t--+-+---f---~-I--~
I
2
J
4
г,нм
4
.5
8
Рис.
16.
Зависимость
излученил
от
параметра
1
а
-
ДТНI
d
c
= 1,5
.м.м
[26];
б
~
для
d
c
= 4
.мм
[30]
7
lJL,HM
Сложный
характер
истечения
воздуха
при
различных
формах
и
диа
метрах
сопел,
а
также
различное
влияние,
оказываемое
резонатором
(в
за
висимости
от
его
диаметра,
глубины
и
конфигурации)
на
распределение
скоростей
в
струе,
не
позволяют
заранее
точно
указать
наилучшее
поло
жение
резонатора
в
области
нестабильности.
Вероятно,
по
этой
причине
мнения
различных
исследователей
в
решении
этого
вопроса
расходятся.
Гартман
рекомендовал
помещать
резонатор
в
последнюю
треть
интервала
нестабильности,
хотя,
как
следует,
например,
из
его
же
опытов
(рис.
16,
б,
где
приведены
зависимости
излучения
для
свистка
с
dc=dp=h
= 4
ММ),
это
не
всегда
обосновано.
Так,
исходя
из
формулы
(27),
для
Р
о
=2,6
аmu
начало
интервала
нестабильности
лежит
в
районе
4,5
ММ.
Здесь
же,
судя
по
приведенным
графикам,
и
наблюдается
максимум
излучения.
Монсон
и
Биндер
[47}
рекомендовали
выбирать
величину
l
в
конце
вто
рой
трети
интервала
аlы1:
(28)
В.
п.
Куркин
[27}
исследовал
сопла
с
диаметрами
5
и
11
ММ
при
d
c
= II
И
получил
максимальное
излучение
при
l = 1,4 d
c
(рис.
17),
что
при
пере
счете
по
формуле
(27)
для
Р
0=
3,4
аmu
дает
наилучший
режим
излучения
при
расположении
резонатора
приблизительно
в
середине
интервала
не
стабильности.
Кроме
уже
указанных
объективных
причин
расхождения
в
выборе
па
раметра
l,
можно
указать
еще
на
возможные
источники
неправильных
суждений
относительно
оптимальных
значений
расстояния
сопло-резона
тор.
Мы
уже
говорили
о
возможности
неправильной
оценки
работы
излу
чателя
при
измерениях
звукового
давления
в
какой-либо
фиксированной
32
точке
поля.
Параметр
l
очень
существенно
влияет
на
частоту
излучения,
а
следовательно,
и
на
характеристику
направленности,
поэтому
в
зависи
мости
от
частотного
диапазона,
размеров
излучающей
системы и
других
факторов
различные
исследователи
могут
получить
достаточно
отличные
значения
оптимальных
значений
па
раметра
l.
Наиболее
полное
представление
о
работе
газоструйного
генератора
1,6m/cH
l
Е
г--------,----~~,-------_,
2~------~--------~~----~
0.5
1,0
t
2,0
dc
!,flo
/50
(40
130
'го
ffO
о
f
О
f
г
J
4-
[,ММ
2
.J
4-
f
г
3 4 5
(j
Ро,иmи
.
.,
r."'-
~
~
~
5
Рис.
17.
Зависимость
интенсивности
ввука
от
безразмерного
параметра
l/d
Рис.
18.
Хара-ктеристи-ка
работы
излу
чателя
в
трехмерной
системе
-координат
иожно
получить
по
серии
кривых
звукового
давления
в
зависимости
от
давления
сжатого
воздуха
при
разных
значениях
l.
Буше
[26)
предложил
строить
кривые
интенсивности
в
пространственных
координатах
(рис.
18).
И'а,8m
~OO~----~---+--~------~------~
/000
f-----I-I--I+---+----+-------.:..j
800~-----4~-+--~~----~------~
х
4 8
/2
18 t,I'11'1
Рис.
19.
Зависимость
a-кустичеСRОЙ
мощности
от
пара
метра
1
Полученная
таким
образом
поверхность
характеризует
работу
излучате
ия
при
определенной
величине
h,
а
сечение
плоскостью,
параллельной
плоскости
lOP
o
,
на
некотором
уровне
интенсивности
(на
приведенном
ри
сунке
сечение,
вынесенное
наверх,
сделано
для
1 = 130
дб)
позволяет
3
ИСТОЧНИRИ
ультразВУRа
33
судить
о
возможных
пределах
регулировки
излучателя
для получения
за
данной
интенсивности.
Хотя
недостаток,
связанный
с
оценкой
работы
ге
нератора
по
измерениям
излучения
в
одной
точке поля,
здесь
снова
дает
себя
знать
(следовало
бы
строить
подобные
кривые
для
полной
мощности),
можно
рекомендовать
такой
метод,
так
как
он прост
и
нагляден.
Заслуживают
особого
внимания
данные
по
определению
оптимальных
режимов
работы,
полученные
Р.
И.
Школьников
ой
[321,
так
как
все ее
выводы
сделаны
на
основании
измерения
интегральной
мощности.
В
част
ности,
из
ее
работы
следует,
что
наибольшее
излучение
(при
d
c
<
dp)
наблюдается
при
установке
резонатора
в
начале
зоны
неустоЙЧивости.
На
рис.
19
показаны
кривые
зависимости
мощности
от
параметра
l
при
d
c
= 6
.м.м.
В
заключение
следует
отметить,
что
поскольку
начало
интервала
не
стабильности
в
деформированной
струе
(место
расположения
стационар
ного
скачка
уплотнения
при
торм
ожении
струи
резонатором)
зависит
от
величины
противодавления,
а
следовательно,
и
от
глубины
резонатора
(об
этом
будет
подробнее
сказано
в
гл.
5),
то
приведенные
рекомендации
по
выбору
параметра
l
справедливы
лишь
для
конкретных
соотношений
между
h, d
c
и
dp.
Поэтому
при
выборе
величины
l
для
излучателей
с
друm
ми
основными
размерами
приходится
экспериментально
определять
на
илучшее
расположение
кромки
резонатора
по
отношению
к
соплу.
§
2.
Выбор
raJIубииы
реаоиатора
Глубина
резонатора
h -
важнейший
параметр
настройки
газоструй
ного
генератора;
от
него
зависят
частота
излучения
и
отдаваемая
мощность.
Независимо
от
справедливости
той
или
иной
гипотезы
механизма
генерации,
увеличение
глубины
резонатора
или
удаление
донышка
ре
зонатора
от
колеблющегося
скачка
уплотнения
приводит
к
увеличению
времени,
необходимого
для
повторения
цикла
колебаний.
Поэтому
уве
личение
h
при
работе
в
зоне
неустойчивости
почти
всегда
вызывает
сниже
ние
частоты
излучения.
Таким
способом
можно
очень
существенно
пони
зить
частоту
колебаний
и
довести
ее
до
сотен
или
даже
единиц
гц
[25].
Так
как
резонансная
полость
с
акустической
точки
зрения
представля
ет
собой
трубу,
закрытую
с
одного конца,
то
при
вычислении
собственной
частоты
такого
резонатора
приходится
учитывать
излучение
ее
открытого
конца.
Формула
Гельмгольца
для
собственной
частоты
цилиндрического
резонатора
с
поправкой
на
излучение
имеет
вид
f
с
(29)
= 4
(h
+
О,
3d
p
)
•
Поправка
из-за
возникновения
на
открытом
конце
шаровой
волны,
излу
чающейся
в
пространство,
может
быть
определена
более
точно
на
основа-
:td
p
нии
кривой
рис.
20
[481.
Для
низких
частот,
когда
kr
=
T~1,
что
обыч-
но
имеет
место
в
газоструйных
излучателях,
величина
поправки
а
=0,613
очень
хорошо
совпадает
с
данными
Гельмгольца
(а
= 0,6);
с
повышением
частоты
ее
значение
почти
линейно
уменьшается.
Сначала
Гартман
изучал
свистки,
для
которых
выполнялось
условие
d
p
= h,
но
впоследствии
он
рассмотрел
системы
с
h
=1=
dp.
Хотя
оптималь
ным
вариантом
Гартман
считал
h = dp,
однако
с
его
точки
зрения
впол-
не
допустим диапазон
изменений
глубины
резонатора
0,6 -<:
-<
1;
р
Приблизительно
к
таким
же
выводам
пришел
и
Севори
[341,
который
счи
h
тал
приемлемым
выбор
h
в
пределах
0,5
-<
d
-<
2.
Необходимо
отметить,
р
d
p
ЧТО
в
обоих
случаях
использовались
свистки
с
К
= d = 1.
с
Буше
[26,49]
исследовал
подобную
зависимость
на
свистках типов
V 1
И
V 2
(их
описание
будет
приведено
ниже),
имевших
К
> 1.
Из
рис.
21,
а
видно,
что
для
этих
типов
генераторов
максимум
излучения
также
лежит
вблизи
h/d
p
= 1.
Более
подробные
исследования,
однако,
показали,
что
для
свистков
с
сильно
отличающимися
диаметрами
сопел
ввиду
большой
разницы
в
длине
до
нельзя
проводить
1,00
о
сравнения
при
одинаковых
значениях
l
и
Р
о,
так
как
/45
какой-нибудь
излучатель
мо-
жет
оказаться
работающим
вне
своей
зоны
нестабильно-
/40
сти.
Поэтому
в
чистом
виде
подобную
зависимость
иногда
получить
невозможно.
•
Подробные
исследования
зависимости
мощности
излу
чения
от
соотношения
h/d
p
для
d
c
= 7
м..м
при
К
= 1,64
[32)
отчетливо
показывают
наличие
двух
оптимальных
режимов
работы:
при
h/d
p
=
0,42-0,45
и
при
h/d
p
= 0,89
(табл.
3).
о(.
r
0,1
0,0
"
~4
~2
0,1
"\
"-
1
'"
""
1\
I
\
I
!
I
2 3
4-
5кr
135
/30
125
120
О
Jf
a
,
бm
/200
/000
800
БОО
400
200
О
_
...
...........
~
~
L
I
__
е
fl
l
,.,
Р
0
-
(50ml1
l7=d
p
/
f7
0
=4oml1
I
fl
z
I
v-ot
v
O~
./
с/'
I
I
I
л=dр
,
I
I
I
2,5
7,5
/()
12,5
П,
MN
2
4
б
8
!о
/2
15
/7,
/'111
Рис.
20.
Поправочный
RОЭффи
циент
для
учета
OTRPblTOrO
Rонца
трубы
Рис.
21.
Влияние
глубины
реэонатора
на
работу
иэлучателя
а
-
на
интенсивность
3ВУlЩ
длн
свистков
типа
V 1
и
V z
[26];
б
-
на.
акустическую
мощность
[32]
Подобные
результаты
были
получены
и
для
р
о
= 4
и
5
аmи.
Первый
максимум
излучения
довольно
узок,
и
поэтому
для
его
обнаружения
необ
ходимо
тщательно
настраивать
величины
l
и
h.
Второй
максимум
гораздо
более
широк
(рис.
21,
б),
и,
возможно,
именно
поэтому
он
и
был
отмечен
большинством
исследователей.
Так
как
величина
излучаемой
мощности
в
обоих
этих
максимумах
приблизительно
одинакова,
то
оптимальными
можно
считать
такие
размеры
резонатора,
когда
его
диаметр
примерно
равен
глубине.
Как
будеl'
показано
далее,
для
L
стержневых
свистков
3*
35
Таблица
3
Влияние
отношения
h/d
p
на
величину
излучаемой
мощности
Ро,ати
I h •
.мм
I
j.
nгц
I·w.
вт
1
h/d
p
11
Р
о
•
ати\
h,MM
I
j.
nгц
I
w.
вт
I
hld
p
3,5
3,2
9,4
60
0,28
4,5
4,0
9,2
282
0,35
4,7
8,3
955
0,42
5,2
8,3
1036
0,45
5,6
7,8
100
0,49
6,4
8,0
120
0,56
6,9
6,6
673
0,6
7,9
2,1
954
0,69
10,2
5,9
904
0,89
10,2
6,5
970
0,89
10,9
4,4
332
0,95
10,6
5,9
955
0,92
13,9
4,1
141
1,20
12,4
5,3
361
1,10
15,9
3,7
110
1,38
15,9
4,0
90
1,36
это
соотношение
несколько
изменяется.
Если
в
резонирующей
камере
име
ется
стержень,
то
оптимальное
отношение
h/d
p
должно
быть
найдено
с
учетом
диаметра
стержня.
Кроме
того,
некоторые
преимущества
первой
зоны
приводят
к
тому,
что
в
ряде
случаев
имеет
смысл
работать
в
первой
оптимальной
зоне
(см.
гл.
6).
§
3.
Частота
И3.1IJчеиии
Многочисленные
опыты,
проделанные
Гартманом
[22]
с
соплами
раз
личных
диаметров
(0,7-6
ММ),
показали,
что
при
введении
резонатора
в
зону
нестабильности
струи
и
перемещении
его
в
пределах
этой
зоны
мож"':
но
получить
различную
частоту
излучения.
Более
того,
до
тех
пор,
пока
край
резонатора
находится
внутри
одной
зоны
неустойчивости,
длина
волны
растет
почти
линейно
с
увеличением
l,
причем
и?менение
частоты
слабо
зависит
от
Р
о.
Для
d
c
= d
p
= h = 3
мм
Гартман
приводит
данные
максимального
(л
т
)
И
минимального
(л
о
)
значений
длины
волны,
сведенных
в
табл.
4.
Таблица
4
Влияние
давления
воздуха
на
длину
волны
излучаемоrо
звука
Р
о
•
ати
I
Лn
•
.мм
I
Лт
•
.м,м
I
т
,%
dлfdl
Л
-
ЛО
I
ло
2,07
18,4
20,0
8,7
2,61
17,2
21,1 22,7
2,6
3,44
16,2
23,0
42,0
2,9
3,95
16,5
25,5
54,5
2,4
4,59
16,4
28,4
73,2
2,3
Как
видно
из
таблицы,
максимальная
частота,
которая
может
быть
по
лучена
увеличением
давления,
повышается,
а
минимальная
-
снижает
ся.
Таким
образом,
предел
регулирования
длины
волны
растет
с
возраста
нием
давления:
36
А.
т
-
1.,0
.100 =
5,4
(Р
О
_ 0,9)2.
1.,0
(30)
с
учетом
того,
что
d'Ajdl
---
const,
эмпирическая
формула
для
определения
минимальной
длины
волны
[30]
получает
вид:
~o
= 5,8, (31)
с
а
соответствующая
этой
длине
волны
максимальная
частота
излучения
вы
ражается
через
диаметр
сопла
(d
c
в
с,м):
1т
=
5~60
• (32)
с
Собственная
частота
резонатора
по
Гельмгольцу
определяется
формулой
(29).
Таким
образом,
для
систем
с
d
c
= d
p
= h
длина
волны,
соответствую
щая
собственной
частоте
резонатора,
'Ар
= 5,2 d
c
,
тогда
как
реально
Рис.
22.
СпеI\ТР
излучения
газоструй
ного
излучателя
ГСИ-2
наблюдающиеся
величины
минимальных
длин
волн
оказываются
при
близительно
на
10%
длиннее
[см.
формулу
(31)J.
ИЗ
этого
следует,
что
гене
ратор
Гартмана
всегда
возбуждается
на
частотах
более
низких,
чем
соб
ственная
частота
резонатора.
Общее
выражение,
выведенное
Гартманом
для
длины
волны,
излучае
мой
генератором
с
d
c
= d
p
= h,
работающим
в
первой
области
нестабиль
ности
[30
J,
имеет
вид
;с
= 5,8 + 2,5 [ d
c
-
{1
+ 0,041
(Р
О
-
0,9)2}
] ' (33)
а
д.пя
генератора
с
а
с
=
а
р
==1=
h:
~
= 4,68 (
:с
+
0,з)
+ 2,9 {
:с
-
[1
+ 0,041
(Р
О
- 0,9)2]}. (34)
Измерения
длины
волны
связаны
с
большими
трудностями,
да
и
точ
ность
подобных
измерений
очень
невелика,
тогда
как
частота
звука
может
быть
определена
сравнительно
легко.
Поэтому
в
настоящее
время
поль
зуются
исключительно
измерениями
частоты
излучения.
В
случае
синусоидального
сигнала
частота
определяется
с
помощью
микрофона или
пьезоэлектрического
датчика
давления
и
электронного
частотомера.
Так
как
газоструйные
излучатели,
как
правило,
создают
03вуковое
поле,
содержащее
кроме
основной
частоты
еще
несколько
гармо
ник
(рис.
22),
то
для
правильного
измерения
частоты
необходимо
восполь
зоваться
анализатором
спектра,
или
спектрометром.
Гартман
пользовался
методом
измерения
длин
волн
с
помощью
трубки
Кундта.
Поэтому
частотные
зависимости,
полученные
таким
методом,
нуждались
в
более
тщательной
проверке.
С
этой
целью
Буше
[26]
про
вел
измерения
первой
зоны
нестабильности
в
зависимости
от
давления
воз
духа
и
нашел,
что
в
различных
типах
свистков
связь
между
длиной
волны
и
диаметром
сопла
оказывается
более
сл
ожной,
чем
это
предполагал
Гартман.
37
Общий
характер
зависимости
частоты
от
l
и
Р
о
ясен
из
рис.
23.
Пло
скость
l = const,
параллельная
jOP
o
,
лежит
на
расстоянии
li,
при
кото
ром
свисток
работает
приблизительно
в
середине
зоны
неустоЙЧИвости.
Кривая
j =
F(P
о)
состоит
из
трех
частей:
первой
-
низкочастотной,
ле
жащей
в
области
малых
давлений,
второй
-
области
возбуждения
мощ
пых
колебаний
и
третьей
-
зоны
низких
частот
при
высоких
давлениях.
В
первой
области
появление
низкочастотного
излучения
малой
мощно
сти
связано
с
возникновением
вихрей
на
срезе
сопла,
частота
которых
(для
круглого
сопла)
определяется
выражением
j = 0,055
Т,
с
(35)
где
v -
скорость
истечения
газа
при
М
< 1.
Такие
же
вихри
могут
воз
никать
и
на
острой
кромке
резонатора.
Излучение
за
зоной
неустойчивости
связано
как
с
образованием
вих
рей
на
препятствии,
так
и
с
появлением
ударных
волн.
В
зоне,
где
воз
можно
появление
колебаний
боль-
f
о
Рис.
23.
Зависимость
частоты
генерации
от
параметра
l
и
давления
сжатого
воздуха
шой
амплитуды,
частота
увеличивает
ся
с
ростом
давления,
причем
угол
наклона
а
несколько
меняется
для
различных
излучателей.
С
повыше
нием
давления
возникший
плоский
скачок
постепенно
перемещается
к
резонатору
и
гасит
колебания,
на
рушая
механизм
вытекания
воздуха.
То
же
можно
заключить
из
рассмот
рения
кривой
j =
F(l)
(рис.
23)
при
Р
о,
соответствующем
работе
в
режиме
до
появления
плоских
волн
в
струе.
Здесь
подъем
кривой
происходит
зна
чительно
быстрее,
чем
для
j =
F(P
о).
В
интервале
нестабильности
частота
падает
с
увеличением
l
сравнительно
медленно,
зато
за
этой
зоной
кривая
быстро
спадает.
Конечно,
реальные
кривые
имеют
более
сложпый
вид,
но
общий
характер
зависимостей
сохраняется
для
самых
различных
излучателей.
По
данпым
Буше,
предел
регулировки
частоты
свистков
при
определенном
значении
l
может
быть
выражен
уравнением
вида
(36)
где
А
и
В
-
постоянные
коэффициенты,
определяемые
конструктивными
параметрами
излучателя,
а
Р
О
-
давление
воздуха
(аmа).
Для
излучателей
с
d
p
=1=
d
c
частота
звука
при
оптимальной
настройке
d
c
= h,
lfd
c
=
1,4
может
быть
вычислена
[27, 50]
по
формуле
c~
j = - ·10-3
1'\:гц
лd
с
'
(37)
где
d
c
дано
в
С-М,
S -
постоянный
коэффициент для
воздуха,
равный
0,5.
Указанная
формула
выведена
для
К
= 1,2
и
довольно
близко
совпадает
с
выр
ажением
(32). .
Для
излучателей
с
К
= 1,64
и
hJd
p
= 0,89,
когда
резонаторы
располо
жепы
в
начале первой
зопы
нестабильности,
оптимальные
частоты
излу
чения
хорошо
согласуются
с
собственными
частотами
резонатора,
88
вычисленными
на
основании
(29):
4230
f =
(Г"8Ч·
о
(38)
Можно
считать
доказанным,
что
несмотря на
сложный
спектральный
состав
излучения
газоструйный
генератор
обладает
четко
выраженными
резонансными
свойствами.
При
работе
на
этих
резонансных
частотах
мощ
ность
излучения
существенно
увеличивается.
Различные
авторы
указали
на
наличие
двух
основных
частот
излуче
ния,
по-видимому,
связанных
с
двумя
оптимальными
значениями
глубины
резонатора.
Имеются
сведения
[28]
о
том,
что
при
любых
соотношениях
h,
l,
Р
о,
при
которых
для
данного
значения
d
c
можно
получить
определен
ную
резонансную
частоту
fp,
излучение
всегда
будет
иметь
максимум.
ДЛЯ
ГС-5
[52]
с
d
c
= 9,14
м..м,
такими
частотами
являются
3570
и
6200
гц"
дЛЯ
ГС-8,
имеющего
d
c
= 2,7
м..м,
[51],
fp·
= 9750,
а
дЛЯ
ГС-2
с
d
c
=2,5
.м.м,
f
p
=13,5
и
17,5кгц,
[28].
По
данным
р.и.школьниковой,
для
d
c
= 7
.м.м,
fp = 5,9
и
8,5
кгц,.
Для
стержневого
излучателя
ГСИ-4
[53]
с)
d
c
=
11
м..м,
и
d
CT
= 6
м..м,
характерны
частоты
4,8
и
6,3
кгц,
и
т.
д.
Природа
таких
резонансов
в
настоящее
время
совершенно
неясна.
§
4.
Вы6ор
RОдффициепта
К
Как
уже
отмечалось,
в
классическом
генераторе
Гартмана
диаметр
ре
зонирующей
камеры
равен
диаметру
сопла,
однако
Гартман
отмечал
воз
можность
работы
излучателя
и при
больших
поперечных
размерах
резо
натора.
Впервые
на
положительные
качества
газоструйных
генераторов
с
d
К
=
-1-
> 1
обратил
внимание
Пальме
[54].
Он
указал, что
в
связи
с
С
расширением
струи
предпочтительно
использовать
резонаторы,
диаметр
которых
будет
не
меньше
сечения
потока
в
месте
расположения
кромки
резонирующей
полости.
В
этом
случае
струя
целиком
входит
внутрь
резо
натора
и
ее
энергия
используется
более
полно.
Экспериментальное
изучение
влияния
коэффициента
К
на
мощность
излучения,
по-видимому,
впервые
было
проведено
Монсоном
и
Бинде
ром
r 47].
Опыты,
поставленные
с
соплом
диаметром
3,2
м..м"
показали,
что
с
повышением
К
мощность
растет,
достигая
максимума
при
К
= 1,27
(табл.
5).
Дальнейшее
увеличение
К
приводило
к
срыву
генерации.
Таблица
5
Влияние
lюэффициента
К
на
акустичесRyJO
мощность
к
I
Р
о
•
ати
I
'.
-х:щ
I W
a
·
вт
3,70
1,04
1,16
3,8
14,8
250
4,04
1,08
1,27
4,9
15,0
350
4,04
1,45
1,27
4,3
12,4
112
3,17
1,00
1,00
3,2
19,3
137
2,64
1,07
0,83
3,4
22,6
124
R
сожалению,
эти
данные
были
получены
при
раз,JШЧНЫХ
рабочих
дав
лениях
и
сильно
различающихся
частотах
излучения.
Кроме
того,
вели
чины
мощности,
указанные
в
таблице,
вычисл$iлись
на
основании
значе
ний
звукового
давления
в
фиксированной
точке
(на
расстоянии
15
с.м
от
излучателя).
Все
это
снижает
ценность
полученных
результатов,
тем
а.
более,что
для
случая
d
c
= 3,17
.м..м
при
d
c
= h = d
p
(что
соответствует
ре
жиму
работы
классического
свистка
Гартмана)
получена
величина
мощно
сти
137
вт,
т.
е.
в
три
раза
более
расчетной
для
такого
диаметра
сопла.
Буше
[26],
исходя
из
того
факта,
что
при
используемых
перепадах
дав-
,
ления
максимальная
ширина
струи
не
превосходит
1,3 d
c
,
считает целе
сообразным
использовать
резонаторы
с
К
:>
1,3,
так
как
в
этом
случае
устраняются
возм
ожные
потери
энергии
при
трении
потока
о
стенки
поло
сти
резонатора.
Опыты,
поставленные
на
идентичных
генераторах
с
К
=1
и
К
= 1,33,
показали
бесспорные
преимущества
последнего
(рис.
24).
Мощность
свистка
с
К
= 1,33
оказалась
в
два
раза
выше,
чем
у
его
гартмановского
прототипа.
1,
оо
150
140
130
/(=I,JJ
120
/(=1
110
1
1,5
2 2,5 J 3,5 4
4,5
Ро,оmц
Рис.
24.
Влияние
размера
резонатора
на
режим
излучения
Таким
образом,
увеличение
диаметра
резонатора
сказал
ось
очень
су
щественно.
Буше
[49]
увеличивал
К
до
2,5,
не
наблюдая
при
этом
срыва
генерации.
Однако
из
его
работ
неясно,
является
ли
значение
К
= 1,33
оптимальным
или
м
ожно
получить
существенное
увеличение
мощности
и при
К>
1,33.
В
последние
годы
появился
ряд
работ
[40, 55],
в
которых
подтвержда
лась
целесообразность
увеличения
коэффициента
К,
однако
вопрос
о
су
ществовании
оптимальной
величины
и
о
ее
конкретном
значении
остается
еще
открытым.
Отсутствие
теоретических
предпосылок
необходимости
увеличения
К
свыше
1,3
(или
даже
свыше
1,2 [27])
и
трудность
сопоставле
ния
данных
различных
авторов
приводят
к
тому,
что
в
настоящее
время
выбор
оптимального
значения
К
должен
проводиться
для
каждого
типа
излучателя
отдельно.
Действительно,
для
стержневых
свистков
фирмы
Demister
АВ
(Шве
ция)
наилучшие
результаты,
судя
по
приведенным
данным,
получевы
при
К
= 2,5 [40].
Тщательные
исследования
Р.
и.
Школьниковой
[32)
для
d
c
= 3
.м..м
и
d
c
= 7
.м..м
показали,
что
оптимум
излучения
наблюда
ется
при
К
=
1,6-1,66
(табл.
6),
тогда
как
по
данным
работы
[47]
при
к
= 1,6
генерация
полностью
прекращается.
Чем
объясняется
такое
раз
личие
рекомендаций,
в
настоящее
время
сказать
трудно.
По
этому
поводу
можно
лишь
высказать
некоторые
предположения.
Так
как
газоструйные
генераторы
обладают
собственными
оптималь
ными
частотами,
а
изменение
d
p
приводит
к
изменению
собственной
часто
ты
резонансной
полости,
то
вследствие
высокой
добротности
последней
мощность
излучения
уменьшается
за
счет
расстройки
генератора.
Если
же
путем
изменения
параметров
l
и
h
удается
добиться
возбуждения
нужной
частоты,
то
соотношение
между
l
и
h
оказывается
далеким
от
оптимальной
величины
(ср.
эти
величины
для
К
= 1,33
и
К
= 1,66
в
табл.
6).
В
конеч-
40