7.2. Механизм шумообразования. Широкополосный шум и дискретные составляющие

Шум сверхзвуковых струй включает ряд составляющих, определяемых источниками различного типа Это - шум смешения, излучаемый турбулентными вихрями в слое смешения; излучение, создаваемое конвектируемыми со сверхзвуковой скоростью по отношению к внешней среде турбулентными вихрями; широкополосная составляющая ударного шума, генерируемая при взаимодействии турбулентности с ударными волнами и, наконец, дискретная составляющая, обусловленная неустойчивостью струи при некоторых режимах течения.

Суммарный уровень шума сверхзвуковых струй зависит от числа Маха степени нерасчетности и степени неизотермичности, равной отношению температуры струи к температуре окружающей среды. Эти параметры оказывают различное влияние на шум различных составляющих, что осложняет анализ данных эксперимента. При нерасчетном режиме истечения для оценки шума смешения вместо скорости истечения реальной струи принимается скорость истечения эквивалентной струи, имеющей тот же расход газа, что и реальная струя, но при статическом давлении на срезе сопла равном давлению в окружающей среде.

Наиболее интенсивные источники широкополосного шума находятся в переходном участке струи. Угол при котором наблюдается максимум излучения в дальнее поле, увеличивается с ростом скорости истечения и температуры струи. Так, для холодной струи угол максимального излучения а для высокотемпературной струи угол [7.3]. Следует отметить, что если максимум акустического излучения шума смешения соответствует диапазону углов 60°, то широкополосный шум, обусловленный скачками уплотнения, не обладает ярко выраженной направленностью. Интенсивность этого шума определяется интенсивностью скачков уплотнения в струе и практически не зависит от температуры торможения на срезе сопла. В то же время шум смешения возрастает с ростом температуры торможения. Поэтому шум, вызванный скачками уплотнения, в наибольшей степени проявляется для холодных струй и при больших углах где шум смешения относительно мал.

Суммарная звуковая мощность струи, истекающей из сверхзвукового сопла, при достаточно высоких скоростях истечения пропорциональна третьей степени скорости а не восьмой степени, как это имеет место для дозвуковых струй

При нерасчетных режимах истечения струи, помимо широкополосного шума, может генерироваться дискретная составляющая, частота и интенсивность которой зависит от числа Маха степени нерасчетности степени неизотермичности, наличия спутного потока и других факторов. В некоторых случаях уровень дискретной составляющей существенно превышает уровень широкополосных составляющих и определяет суммарный уровень шума, излучаемого струей. Впервые дискретная составляющая была обнаружена при исследовании истечения струи из сужающегося сопла на нерасчетных режимах истечения [7.17]. С тех пор опубликовано большое число работ по определению зависимости частоты этой составляющей от газодинамических параметров струи

Из обобщения результатов экспериментальных исследований [7.8] следует, что дискретная составляющая в спектре шума сверхзвуковой струи в зависимости от числа Маха истечения реализуется в определенном диапазоне степени нерасчетности. С ростом скорости спутного потока частота дискретной составляющей монотонно уменьшается.

При истечении системы из нескольких параллельных струй в спектре шума также могут присутствовать дискретные составляющие,

характеристики которых зависят от относительного разноса струй где - расстояние между осями смежных струй. При достаточно близком расположении сопел структура одиночных струй сильно разрушается, вследствие чего система струй может и не излучать дискретную составляющую. Как указано в [7.3], для многосопловых компоновок с равномерным расположением сопел дискретный тон не возникает при

Это обстоятельство следует иметь в виду при анализе материалов главы 8, в которой рассматриваются акустические характеристики системы сверхзвуковых струй, состоящей из центральной струи и окружающих ее периферийных струек, диаметр которых на порядок меньше диаметра центральной струи. В такой системе при дискретная составляющая подавляется или смещается в область высоких частот.