Розенберг Л.Д. Физика и техника мощного ультразвука. Книга 1. Источники мощного ультразвука OCR
Подождите немного. Документ загружается.
Существует
еще
одно
интересное
обстоятельство,
которое
вытекает
и~
анализа
графиков
рис.
47.
Если
определить
величину
выходного
отвер
стия
сопла
для
определенного
значения
~
о,
но
при
различных
соотноше
ниях
между
d
c
и
d
CT
(проведя
горизонтальную
линию
для
интересующе
го
нас
значения
~
о),
то
оказывается,
что
с
увеличением
диаметров
сопла
и стержня
площадь
поперечного
сечения
струи,
а
значит,
и
кинетическая
энергия
струи
увеличиваются.
Это
дает
возможность
предполагать,
что
с
увеличением
d
c
и
d
CT
'
при
неизменной
величине
~o,
а
следовательно,
и
частоты
колебаний
газоструйного
излучателя,
можно
увеличить
мощность
излучения.
С
другой
стороны,
при
неизменном
расходе
воздуха
в
стержне
вых
системах
можно
значительно
повысить
частоту
колебаний
по
сравне
нию
с
генератором
Гартмана;
это
·весьма
существенный
фактор,
если
учесть,
что
для
генератора
Гартмана
мощность
резко
уменьшается
с
увеличени
ем
частоты
[49].
Если
введение
в
струю
стержня
изменяет
лишь
длину
ячейки,
то
на
личие
отражающей
поверхности
существенно
деформирует
струю.
Иссле
дования
деформации
струи
путем
ее
торможения
отражающим
диском
или
резонирующей
камерой
были
выполнены
для
того,
чтобы
разобрать
ся
в
механизме
генерации
газоструйного
стержневого
излучателя,
так
как
уже
самые
общие
соображения
показывали,
что
распределения
дав
лений
и
скоростей
в
струе
при
наличии
резонатора
сильно
отличаются
от
подобных
характеристик
в
режиме
свободного
истечения
струи.
lIосмотрим,
как
деформируется
струя,
если
отражающий
диск,
диа
метр которого
несколько
превышает
ширину
струи,
расположен
на
раз
личных
расстояниях
от
сопла
[73J.
На
рис.
48
приведены
распределения
статического
давления
вдоль струи
для
d
c
= 13
мм,
d
cT
=6
мм,
Р
0=3
аmи.
Для
сопоставления
здесь
же
показано
распределение
давления
в
отсутствие
отражателя
(верхняя
кривая).
Так
как
струя
полностью
тор
мозится
диском,
то
у
его
поверхности
давление
должно
иметь
максималь
ное
значение.
С
другой
стороны,
конец
ячейки
тоже
характеризуется
подъ
емом
статического
давления
(в
идеальном
случае
до
значения
давления
на
срезе
сопла
РС).
Поэтому,
хотя
при
удалении
диска
за
пределы
первой
ячейки
(в
свободной
струе)
абсолютное
значение
давления
у
отражающей
поверхности несколько
снижается
(рис.
48,
б
и
г),
максимум
давления
всегда
сохраняется.
В
соответствии
с
этим,
перемещая
диск
в
направлении
от
сопла
(в
пре
делах
второй
ячейки недеформированной
струи),
мы
как
бы
растягиваем
эту
первую
ячейку,
доводя
ее
приблизительно
до
величины
~
о
+
3/4
~
1.
Такая
длина
ячейки
~
0*'
полученная
в
присутствии
отражателя,
являет
ся
максимально
возможной.
При
дальнейшем
удалении
диска
(рис.
48,
е)
первая
ячейка
довольно
быстро
и
полностью
восстанавливает
свою
длину
(рис.
48,
а),
причем
деформации
подвергается
теперь
уже
вторая
ячей
ка.
Таким
образом,
отражающий
диск
изменяет
распределение
давления
в
ближней
ячейке
и
увеличивает
ее
возможную
длину
приблизительно
на
70
%.
Однако
минимум
давления
в
струе
при
удалении
отражателл
пере
мещается
очень
незначительно,
т. е.
удлинение
ячейки
в
основном
проис
ходит
за
счет
увеличения
зоны
повышения
давления,
или,
по
терминоло
гии
Гартмана,
зоны
нестабильности.
В
соответствии
с
этим
скачок
уплотнения,
возникающий
при
тормо
жении
струи,
при
движении
отражателя
тоже
перемещается,
но
медленнее,
как
бы
отставая
от
последнего.
Таким
образом,
возникновение
проти
водавления
у
отражающей
поверхности
приводит
к тому,
что
при
увеличе
нии
расстояния
между
диском
и
соплом
скачок
уплотнения
все
дальше
от
ходит
от
отражающей
стенки.
Поэтому
время
прохождения
возмущения
от
скачка
до
отражателя
и
обратно
(согласно
гипотезе
Мерха)
будет
воз
растать
по
мере
перемещения
диска
от
сопла.
Из
сказанного
следует,
что
частота
излучения
при
этом
должна
монотонно
снижаться.
Частотная
ха-
71.
рактеристика
излучения
кольцевой
струи
(d
c
= 13
,мм,
d
CT
= 6
ММ)
с
от
ражающим
диском
диаметром
19
,мМ
приведена
на
рис.
49.
Сопоставление
графиков~
представленных
на
рис.
48
и
49,
показывает,
что
при
удалении
отражателя
в
пределах
возможной
деформации
первой
ячейки
частота
звука
непрерывно
снижается,
но
срывов
генерации
не
наблюдается.
При
р',кг/Сl1
г
о
0,8
0.45
/J
о,з
0./5
О
0.0
0.,'15
il
0.3
I
О,
{5
О
0,/5
е
0.3
0,3
О.
15
О.
11=
15,2111"
-1
,
0,45
0.3
0,15
О.
О,
{5
.т,НН
,0"
кг/снг
0,8
0.45
0.3
0,15
~~~----~P-~~~-L-7~L---~----40
0.,15
Рис.
48.
Распределения
статичеСRОГО
давления
в
струе
с
отражателем
D = 19
,м,м,
dc = 13
,м,м,
d
CT
= 6
,м,м
а
-
струя
без
отражателя;
б
-
А
=
12,8
мм;
в
-
А
=
15,2
мм;
г
-
А
= 19,2
,мм;
д
-
А
=
24,8
мм;
е
-
А
=
32,8
мм
возникновении
в
струе
второй
ячейки
генерация
немедленно
прекраща
ется;
вместо
диекретной
составляющей
в
сигнале,
получаемом
с
измери
тельного
микрофона,
остается
лишь
шум
струи.
Другими
словами,
звук
генерируется
все
время,
пока
отошедший
скачок
уплотнения
находится
в
первой
ячейке,
деформированной
отражающим
диском.
При
восстановле
нии
первой
ячейки
в
первоначальном
виде
(как
в
свободной
струе)
скачок
уплотнения,
естественно,
оказывается
во
второй
ячейке,
и
частота
излу
чения
должна
определяться
уже
новым
расстоянием
между
скачком
и
от
ражателем.
Как
будет
указано
в
следующем
параграфе,
такой
срыв
коле
баний
и
затем
повторение
режима
генерации
действительно
наблюдаются
в
стержневых
излучателях,
т.
е.
при
замене
диска
резонатором.
'72
До
сих
пор
мы
рассматривали
в
качестве
препятствия,
деформирую
щего
струю,-диск.
Но
В
газоструйных
излучателях
для
увеличения
мощ
ности
колебаний
вместо
диска
используются
цилиндрические
резонато
ры
с
плоским
дном,
поэтому
представляло
интерес
исследовать
распреде
ление
статического
давления
в
струе
в
присутствии
резонирующей
ка
меры,
тем
более,
что
с
точки
зрения
резонансной
гипотезы
возникновения
генерации
оставалось
непонятным
изменение
частоты
колебаний
при
по
стоянном
значении
параметра
А,
т.
е.
при
фиксированном
расстоянии
от
сопла
до
дна
резонатора,
но
при
меняющихся
величинах
1
и
h.
Сначала
рассмотрим
случай,
когда
А
о
<
А
<
А
о
+
3/4
L\l
для
неде
формированной
кольцевой
струи.
На
рис.
50, 6 -
д
приведены
распреде
ления
статического
давления
в
струе
при
d
p
= 19
.м.м
и
А
= 17
ж.м,
для
t;Ke~
10
9
8
7
6
5
\
\.
'\
~
~
,"о·
~
~
~
;;--Ш;.
'11--
,!/ll
сmр,
12
14
16
18
20
22
24
26
R,1111
Рис.
49.
Частота
генерации
в
зависимости
от
па
раметра
А
ДЛЯ
отражающего
дисна
диаметром
19
-м-м
d
c
=13
.м.м,
d
CT
=6
.м.м
и
Р
О
= 3
аmи.
Для
сопоставления
на
рис.
50,
а
по
казано
распределение
давления
для
той
же
струи,
но
с
01'ражающим
ди
ском
такого
же
диаметра
при
А
= 16:8
.м.м.
Графики
эти
показывают
су
щественное увеличение
давления
у
дна
резонатора
по
сравнению
с
давле
нием
у
диска,
причем
это
давление
монотонно
возрастает
с
увеличением
глубины
резонатора.
График
на
рис.
50, 6
соответствует
параметрам
h =
7.м.м
и
1 =
10.м.м
(f
= 6,5
nгц);
на
рис.
50,
в,
h = 9
.м.м
и
1 = 8
.м.м
(1=6,1
nгц);
па
рис.
50,
г,
h
=11
.м.м
и
1=6
.м.м
(1
= 5,6
кгц);
на
рис.
50,
д,
h =
13
.м.м
и
1 = 4
.м.м
(1
= 5,1
nгц).
При
наличии
диска
частота
может
быть
определена
из
рис.
49;
она
равна
7,3
nгц.
Таким
образом,
выдвигая
резонатор
даже
при
неизменном
положении
его
донышка,
можно
плавно
изменять
частоту
генерации.
П
риведенные
цифры
поназывают,
нак
снижается
частота
излучения
е
увеличением
значения
h
при
А
= const.
Таное
понижение
частоты
можно
легко
объяснить
перемещением
сначка
уплотнения
по
направлению
н
соп
лу
при
повышении
противодавления
в
резонаторе
с
увеличением
парамет
ра
h.
ОднаI{О
при
дальнейшем
увеличении
h
(в
рассматриваемом
случае
при
h>
14
.м.м)
генерация
пренращается.
Таной
срыв
генерации
в
области
малых
значений
1
объясняется
тем,
что
противодавление
в
резонаторе
достигло
столь
большой
величины
(при
заданном
ро)'
при
которой
сверх
звуковой
режим
течения
оказывается
невозможным
и
торможение
струи
происходит
без
образования
скачка.
Следует
еще
отметить,
что
при
h>
1
давление
в
глубине
резонатора
меняется
незначительно
(см.
рис.
50,
г
и
д).
Это
означает,
что
в
резонаторе образуется
зона,
где
воздух
практичесни
неподвижен,
т.
е.
поток
оказывается
заторможенным
почти
у
наружного
края
резонатора.
Это
приводит
к
тому, что
зона тормо-
73
жения
потока
существенно
сокращается
и,
как
мы
увидим
в
дальнейшем,
при
вычислении
частоты
это
явление
должно
быть
учтено.
Рассмотрим
теперь
случай,
когда
А
>
t1
0+3/4
t1
1
,
т.
е.
когда
доныш
ко
резонатора
находится
в
конце
второй
ячейки
свободной
струи
(А
=26
.м.м),
а
все
остальные
параметры
системы
те
же,
что
и
в
предыдущем
случае.
Сравнение
графика
распределения
давления
для
кольцевой
струи
11
= n
ин
1,5
1,2
1,8
1,5
1,2
6
.I,ин
О~-+-г---,r---~г-~----.--,
0,8
0,3
O~~г-~~~~~zи~~
0,0
0,3
о
L------'''''''''"'~z;:....+___-+-_-+_--+___I
0,9
г
О,
о
0,3
0,.9
fJ
О,
IJ
0,3
ж
3
11
o,9~--~--~~--~--~
5
10 15
I,HH
5 10
20
25
.I,MM
Рис.
50.
Распределения
статичеСRОГО
давления
в
струе
с
резонатором
для
А
= 17
.м,м
II
26
,м,м,
d
c
= 13
,м,м,
d
CT
= 6
,м,м,
d
p
= 19
,м,м,
РО
= 3
аmu
а
- h =
О
(отражающий
дисн);
б
- h = 7
...
t
...
t;
в
- h = 9
мм;
г
- h = 11
мм;
д
- h =
13
.лt...,t;
е
- h =
О;
ж
- h = 6
мм;
з
- h = 10
:мм;
и
- h = 12 .>\tM;
n - h =
14
мм
с
отражателем
(рис.
50,
е)
при
А
= 26,4
.м.м
с
зависимостями,
изображен
ными
на
рис.
50,
ж
-
.".,
характеризующими
распределения
давления
для
h = 6, 10
и
14
.м.м,
показывает,
что
резонатор
позволяет
еще
сильнее,
чем
отражающий
диск,
«растянуты
первую
ячейку
струи.
Поэтому
вполне
естественно,
что
во
всем
диапазоне
изменений
l
и
h
в
пределах,
А
=
26.м.м
(с
учетом
уже
указанного
ограничения
в
области
малых
значений
l)
наблюдается
устойчивая
генерация.
Более
того,
как
следует
из
частот
ных
характеристик,
относящихся
к
рассматриваемой
системе
(а
С
=
13.м.м,
а
ст
= 6
.м.м,
а
р
= 19
.м.м,
РО
= 3
аmu),
непрерывная
генерация
происхо
дит
по
крайней
мере
до
значения
А
= 30
.м.м,
т. е.
приблизительно
до
кон
ца
второй
ячейки
недеформированной
струи.
Отсутствие
эксперименталь-
74:
ных
данных
не
позволяет
еще
указать
пределы
возможного
изменения
параметра
А
для
обеспечения
режима
непрерывной
генерации.
Ориенти
ровочно
можно
предположить,
что
дальнейшее
удлинение
первой
ячейки
при
увеличении
значеНIIЯ
А
возможно
лишь
для
не
очень
коротких
резо
наторов.
§
3.
Аппаратура
Д.JIИ
изучении
характеристик
стержневых
ИЗ.JIучаТ(>.JIеА
Акустический
институт
АН
СССР
совместно
с
Научно-исследователь
ским
технологическим
институтом
разработал
несколько
вариантов
стерж
невых
генераторов,
которые
отличались
между
собой
в
основном
устрой
ствами
для
удаления
отработанного
воздуха.
Так
как
система
сопло
-
ре
зонатор
во всех
вариантах
(за
немногими
несущественными
изменениями)
Рис.
51.
Внешний
вид
экспериментального
излучателя
с
Дпстанционным
управлением параметрами
настройки
оставалась
одной
и
той
же,
то
основные
результаты,
полученные
нами,
в
равной
мере
могут
быть
отнесены
к
любой
из
разработанных
конструк
ций
ГСИ-2,
гси-з
или
ГСИ-4.
Помимо
опытных
вариантов
свистков
мы
сконструировали
излучатель,
предназначенный
специально
для
исследовательских
работ,
в
котором
изменение
расстояния
сопло-резонатор,
а
также
глубины
резонатора
про
изводилось
дистанционно
(рис.
51).
Для
получения
требуемых
значений
параметров
1
и
h
снаружи
параболического
рефлектора
располагались
малогабаритные
двигатели,
связанные
с
резонатором
и
его
отражающим
донышком
с
помощью
осей
с
карданными
подвесами.
Потенциометриче
ские
датчики
позволяли
контролировать
значения
параметров
по
градуи
рованным
шкалам
на
пульте
управления.
Набор
сменных
сопел,
стержней
и
резонаторов
давал
возможность
в
широких
пределах
изменять
конструк
тивные
параметры
излучателя
ас,
а
ст
и
ар.
Дистанционная
наС1ройка
излучателя
существенно
ускорила
и
автоматизировала
процесс
снятия
частотных характеристик
и
диаграмм
направленности,
что
позволило
75
Рис.
52.
Устройство
ДЛЯ
снятия
характеристики
на
правленности
1 -
излучатель;
2 -
труба
для
подвода
сжатого
воздуха;
3 _
привод
для
вращения
вонруг
вертиналъной
оси;
4 -
намера
сжатого
воздуха;
5 -
минрофон;
б
-
трос;
7 -
привод
для
вращения
минрофона
относительно
горизонтальной
оси
более
полно
и
точно
исследовать
влияние
раз
личных
параметров
на
работу
свистка.
Основная
частота
излучения
определялась
с
помощью
анализатора
спектра
типа
АС-3,
частотная
погрешность
которого
в
рабочем
диа
пазоне
частот
(при
3 %
-ной
ширине
полосы
про
пускания)
составляла
+ 2 % .
Учитывая,
что
точность
начальной
установки
глубины
резона
тора
и
расстояния
сопло-резонатор
составляла
+
0,2
ЛЛ,
т.
е.
максимальная
ошибка
в
опре
делении
параметра
А
могла
достигать
0,4
ЛЛ,
то
максимальная
ошибка
измерений
при
малых
значениях
параметров
1
и
h
составляла
6-10%,
а
при
больших
значениях
не
превышала
5 %.
В
соответствии
с
этим
разброс
эксперименталь-
/loatJyz
ных
точек
при
малых
величинах
1
и
h
ока
зывался
иногда
довольно
значительным,
но
реально
никогда
не
превышал
указанной
величины
и
в
среднем
со
ставлял
3-5
%.
Исследования
различных
режимов
работы
излучателя
для
определе
ния
оптимальных
параметров
его
настройки
проводились
путем
снятия
частотных
характеристик
и
диаграмм
направленности
в
свободном
поле;
ось
излучения
была
направлена
вертикально
вверх
при
установке
свист-
·ка
в
параболическом
отражателе
на
площадке,
находящейся
на
высоте
25
л
над
землей.
На
рис.
52
показано
устройство
для
снятия
характеристик
направлен
ности
излучателя;
в
случае
необходимости
оно
может
быть
использовано
и
для
определения
распределения
звукового
давления
на
сфере
радиусом
до
1,5
Л.
Излучатель
(с
рефлектором
или
без
него)
укреплялся
на
трубе,
применяемой
для
его
вращения
вокруг
собственной
оси
и
служащей
од
новременно
для
подачи
сжатого
воздуха.
Поворотное
устройство
позволя
ло
перемещать
ненаправленный
пьезоэлектрический
датчик
давления
по
QКРУЖНОСТИ,
центр
которой
находился
в
области
генерации
излучателя.
Если
излучатель
создает
достаточно
симметричное
звуковое
поле,
то
нет
необходимости
его
подробно
исследовать,
поэтому
для
получения
данных,
требуемых
для
расчета
акустической
мощности,
достаточно
снять
диаграмму
направленности
излучателя
в
какой-либо одной
плоскости.
Вследствие
цилиндрической
симметрии
использованных
нами
излучате
лей,
большинство проведенных
измерений
было
выполнено
именно
таким
методом.
На
основании
полученной
характеристики
направленности
про
водилось
вычисление
интенсивности
излучения
под
различными
углами
к
оси
сопло-резонатор,
а
затем
общая
мощность
находилась суммирова
нием
энергий,
приходящихся
на
соответствующие
шаровые
пояса.
Для
проверки
этого
метода
измерений
периодически
проводились
конт
рольные
замеры
мощности,
когда
датчик
перемещался
по
сферической
(в
пределах
угла
3200)
поверхности.
Для
этого
излучатель
приводился
во
вращательное
движение;
через
каждый
полный
его
оборот
датчик
автома
тически
перемещался
на
50.
Полученные
данные
обрабатывались
уже
опи
санным
методом.
Результаты
вычислений
сравнивались
между
собой
и
со
значениями,
полученными при
измерениях
в
трубе.
76
в
гл.
2
уже
упоминаJIась
возможность
использования
«бесконечной»
трубы
для
создания
бегущей
волны,
необходимой
при
проведении
изме
рений.
Схема
использованного
нами
измерительного
устройства
пред
ставлена
на
рис.
53.
К
трубе
1
крепится
исследуемый
излучатель
2.
Паро
лоновый
клиновидный
поглотитель
3,
расположенный
во
втором
конце
трубы,
обеспечивает
в
трубе
режим
бегущей
волны.
Устройство
имело
механическую
систему
для
перемещения
пьезоэлектрического
датчика
по
спирали
4
в
плоскости,
перпендикулярной
направлению
распростране
ния
звуковой
энергии.
Эта
система
состоит
из
электромотора
8
с
редукто
ром
и
шестерни
9,
обеспечивающей
вращение
датчика
вокруг
оси
трубы,
а
также
устройства
для
перемещения
его
по
радиусу,
включающего
пара
зитную
шестерню,
обкатывающуюся
при
вращении
шестерни
9
по
непо
движной
шестерне
10
с
внутренним
зацеплением,
вал
11
и
ходовой
винт
12.
Эти
два
движения
в
конечном
итоге
приводят
к
перемещению
измери
тельного
датчика
по
спирали,
причем
скорости
были
подобраны
так,
что
через
каждый
оборот
датчик
смещался
по
радиусу
на
собственный
диаметр.
Получаемое
таким
образом
распределение
звукового
давления
в
трубе
за
писывалось
на
ленте
самописца
Н-110
и
затем
обрабатывалось
обычным
методом.
Для
снятия
распределений
на
разных
расстояниях
от
излучателя
из
мерительная
установка
имела
мотор
5,
движение
от
которого
через
ре
дуктор
и
шестерню
6
с
наружным
и
внутренним
зацеплением
передава
лось
ходовому
винту
7.
Дистанционное
:управление
установкой
позволя
ло
регулировать
движение
датчика
из
аппаратной.
Значения
мощности,
вычисленные
по
результатам
измерений
в
свобод
ном
поле,
проведенных
двумя
методами,
отличались
между
собой
не
более
чем
на
10
%,
тогда
как
разница
по
сравнению
с
данными
третьего
метода
(в
зависимости
от
частоты
излучения)
могла
составлять
до
38
%.
Метод
«бесконечной»
трубы,
как
правило,
давал
завышенные
результаты,
не
смотря
на
то,
что
во
всех
случаях
использовалась
одна
и
та
же
измери
тельная
аппаратура.
Надо
полагать,
что
причина
таких
расхождений
2
10
[1
Рис.
53.
Механическое
устройство
для
спирального
сканирования
датчика
в
«бесконечной»
трубе
связана
с
недостаточной
жесткостью
стенок
измерительной
трубы,
в
ре
зультате
чего
поле
внутри
нее
не
было
достаточно
равномерным.
Однако
характер
изменения
мощности
в
зависимости
от
настройки
излучателя
оказался
одинаковым
для
всех
трех
методов.
Поэтому
метод
«бесконеч
ной»
трубы,
по-видимому,
может
быть
использован
в
тех
случаях,
когда
требуются
не
столь
тщательные
измерения
акустической
мощности
и
оцен
ка
настройки
генераторов.
Измерения
мощности
в
свободном
поле
проводились
при
двух
положе
ниях
датчика
по
отношению
к
области
генерации.
Значения
мощности,
вы
численные
из
характеристик,
снятых
на
расстояниях
50
и
100
с,м,
показа
ли
удовлетворите.льную
сходимость:
разница
составляла
не
более
25
% .
77
Так
как
максимальная
ошибка
при
обработке
характеристик
направлен
ности
составляла
+ 0,5
дб,
то
максимальная
относительная
ошибка
изме
рений,
оцениваемая
нами
+ 13
%,
удовлетворительно
объясняет
разброс
значений
мощности,
полученных
различными
методами.
:Когда
излучатель
работал
без
рефлектора,
разброс
полученных
вели
чин
достигал
40%;
это
можно
объяснить
искажением
характеристики
на
правленности
при
углах,
близких
к
1500,
за
счет
отражений
звуковых
волн
от
пола
измерительной
площадки.
Абсолютная
ошибка
при
вычислении
мощности
определялась
в
основ
ном
погрешностью
калибровки
измерительного
датчика
и
неравномер
ностью
его
частотной
характеристики.
Точность
калибровки
использован
ных
нами
датчиков
составляла
±1
дб
по
давлению,
что
в
пересчете
на
интенсивность
соответствует
максимальной
ошибке при
оценке
мощности
=+-30
%.
Таким
образом,
хотя
основные
требования,
предъявляемые
при
измерениях
(бегущая
волна,
дальнее
поле),
были
выполнены,
точность
определения
абсолютных
значений
мощности
оставляет
желать
лучшего.
§
4.
В.JIинние
параиетров
И3.JIучате.JIН
на
частоту
генерации
В
§ 2
этой
главы
рассматривался
вопрос
об
изменении
длины
ячейки
струи,
и
там
указывалось,
что частота
генерации
с
увеличением
расстоя
ния
между
отражающей
стенкой·
и
скачком
монотонно
убывает.
Здесь
мы
рассмотрим
несколько
подробнее,
как
влияют
параметры
настройки
и
конструктивные
размеры
излучателя
на
частоту
генерации.
Будем
счи
тать,
что
частота
зависит
главным
образом
от
упомянутого
расстояния
и
в
меньшей
степени
-
от
изменения
скорости
распространения
импульса
возмущения
при
изменении
противодавления,
так
как
эта
скорость
в
ос
новном
определяется
скоростью
звука
[см.
формулу
(13)]
и
сравнительно
мало
зависит
от
скорости
потока.
Прежде
всего
остановимся
на
влиянии
параметров
настройки.
На
рис.
54
показаны
кривые
зависимости
частоты
излучателя
от
расстояния
сопло-резонатор.
Вторым
изменяющимся
параметром
является
глубина
резонатора
h.
При
измерениях
расстояние
сопло-резонатор
и
глубина
ре
зонатора
изменялись
через
1
.м.м;
на
приводимых
графиках для
большей
четкости
показана
лишь
часть
полученных
кривых.
Так
как
при
заданной глубине
резонатора
величина
противодавления
изменяется
мало,
то
при
перемещении
резонатора
в
пределах
зоны
неста
бильности
(с
учетом
удлинения
ее
по
сравнению
со
свободной
струей)
частота
снижается
почти
линейно.
Изменение
глубины
резонатора
при
малых
значениях
параметра
l
сильнее
влияет
на
частоту
генерации,
чем
при
больших
(когда
[:> h).
Приведенные
графики
соответствуют
непре
рывному
изменению
расстояния
от
скачка
уплотнения
до
отражающего
донышка,
причем
это
изменение
происходит
как
за
счет
непосредствен
ного
удаления
донышка
от
сопла
(увеличение
расстояния
сопло-резонатор
при
постоянном
значении
глубины
резонатора),
так
и
вследствие
переме
щения
самого
скачка
в
пространстве
между
соплом
и резонатором
(при
из
менении
параметра
h).
В
начале
наших
исследований
мы
полагали,
что
частота
генерации
оп
ределяется
общим
расстоянием
между
соплом
и
резонатором
(параметр
А)
[53].
В
первом
приближении
можно
считать,
что
это
действительно
так.
Однако
более
тщательные
исследования
частотных
характеристик
и
меха
низма
генерации
показали,
что
картина
имеет
более
сложный
характер:
влияние
параметров
l
и
h
неравноценно,
а
наблюдаемые
частоты
не
могут
быть
разумно
объяснены
исходя
из
такой
упрощенной
картины.
Исследо
вания
структуры
струи
позволили
показать
разницу
во
влиянии
указан-
78
ных
параметров
и
объяснить,
почему
при
различных
величинах
l
и
h
это
влияние
неодинаково
(например,
при
l
>h
увеличение расстояния
сопло
резонатор
изменяет
частоту
меньше,
чем
в
случае
l < h),
и
выяснить,
при
каких
условиях
глубина
резона-
тора
играет
основную
роль,
а
~Kгц
г-------,--------,-------,
при
каких
-
второстепенную.
Влияние
параметров
l
и
h
на
частоту
весьма
наглядно
прояв
ляется
в
зависимости
от рас
стояния
между
срезом
сопла
и
дном
резонатора
(l + h =
А).
Рассмотрим
эту
зависимость
для
!!
излучателя,
изображенного
на
рис.
55.
Вертикальная
линия,
проведенная
при
каком-либо
значении
А,
соответствует
режи
му
работы
генератора
при
неиз
менном
расстоянии
от
сопла
до
донышка
отражателя.
При
этом
частота
излучения
определяет
ся
в
основном
изменением
давле
ния
в
резонаторе
[при
рассмот
рении
графиков
распределения
давления
(рис.
50)
указывалось,
что
уменьшение
параметра
hBbl-
зывает
снижение
давления
у
отражающей
стенки];
наоборот,
увеличение
глубины
резонатора
при
неизменном
положении
его
донышка
по
отношению
к
соплу
приводит
К
повышению
дав
ления.
4 8
12
г,ММ
Таким
образом,
при
увели
чении
глубины
резонатора
на
блюдается
рост
противодавле
ния,
оказываемого
втекающей
струе,
что,
с
одной
стороны, при
водит
к
удалению
скачка
от
до
нышка
резонатора,
а
с
другой-к
некоторому
увеличению
скоро
Рис.
54.
Частотная
характеристика
излучателя
с
а
с
= 13
.,и.,и,
а
ст
= 7
.и.и,
а
р
= 13
.,и.,и
при
Р
О
= 3
атu
сти
распространения
возмущения,
вследствие
чего
результирующее
уве
личение
времени
прохождения
возмущения
от
скачка
до
стенки
и
обрат
но
представляет
сложную функцию
от
h.
Поэтому
частота
генерации
сни
жается
нелинейно.
При
уменьшении
глубины
резонатора
наблюдается
обратное
явление
-
частота
излучения
повышается.
При
постоянном
значении
парам:етра
h
перемещение
резонатора
в
на
правлении
от
сопла
(увеличение
параметра
А
за
счет
изменения
расстояния
сопло-резонатор)
также
влечет
за
собой
снижение
частоты
~злучения.
Это
происходит
в
основном
за
счет
удаления
отражающего
донышка
от
скачка
при
почти
неизменном
положении
последнего
по
отношению
к
соплу
(рис.
48).
Изменение
величины
противодавления
сказывается
и
здесь,
но
его
влияние
на
перемещение
скачка менее
значительно,
чеJ\I
действие
пер
вого
фактора,
и
про
является
лишь
в
изменении
крутизны
частотной
ха
рактеристики
в
различных
областях
изменения
параметра
[.
Поэтому
при
нахождении
резонатора
в
первой
зоне
нестабильности
недеформированной
струи
частота
изменяется
обратно
пропорционально
увеличению
пара
метра
[.
При
удалении
донышка
резонатора
во
вторую
зону
нестабильности
'79
свободной
СТруи,
распределение
СТ8тичесного
давления
внутри
резо
натора
становится
более
сложным;
это,
по-видимому,
и
приводит
Н
изменению
нанлона
частотной
харантеристини
при
больших
значениях
параметра
l.
В
рассмотренной
области,
приблизительно
определяемой
соотноше
нием
l:>
h,
частота
монотонно
уменьшается
при
увеличении
параметра
А.
Однано,
наряду
с
этими
линейными
участнами
частотных
харантери
СТИR,
в
области
малых
значений
А
(при
1 <
h)
при
приближении
резона-
f,кгц~------г-------т-~----т-------.-------,
7
8
5
4
J
/о
18
22 28
[+п,ММ
Рис.
55.
Зависимость
частоты
генерации
от
параметра
А
= l + h
для
излучателя
с
а
с
= 13
.м.м,
а
ст
=
4.м.м,
а
р
= 19
.м.м
при
Р
о
=
3
аmu
тора
н
соплу
наблюдается
аномальное
уменьшение
частоты
(рис.
55).
Та
ное
на
первый
взгляд
парадонсальное
явление
легно
объясняется,
если
рассмотреть
распределение
статичесного
давления
в
струе
при
наличии
резонатора,
ногда
h>
1.
Для
этого
обратимся
снова
н
рис.
50.
Здесь
раз
ница
в
диаметре
стержня
не
играет
роли,
тан
нан
подобный
излом
частот
ных
харантеристин
наблюдался
для
всех
исследованных
нами
стержней.
Пона
глубина
резонатора
меньше
или
равна
расстоянию
сопло-резона
тор,
расположение
CHa'IJHa
по
отношению
н
соплу
прантичесни
не
меняется.
Но
ногда
параметр
h
начинает
превышать
величину
l,
распределение
дав
ления
по
глубине
резонатора
изменяет
свой
первоначальный
харантер
(рис.
50,
г
и
д)
и
зона
мансимального
значения
давления
перемещается
н
входному
отверстию
резонатора.
Это
энвивалентно
тому,
что
зона затормо
женного
газа
находится
теперь
не
тольно
у
донышна
резонатора,
а
рас
пространяется
на
большую
часть
резонансной
намеры;
в
последней
возни
нает
неподвижная
воздушная
<ШОДУШНа».
В
результате
перемещения
мансимума
давления
(и
одновременного
увеличения
его
абсолютного
значения
при
увеличении
глубины
резона-
80