7.4. Управление параметрами струи с помощью экрана

Результаты предыдущего параграфа свидетельствуют о том, что акустическое воздействие на сверхзвуковую струю может приводить к существенному изменению ее характеристик. Эффективное акустическое воздействие на сверхзвуковую струю можно осуществить и без применения внешних источников звука, используя для этой цели звук, излучаемый самой струей. Если вблизи струи имеются отражающие объекты (в качестве такого объекта может выступать и кромка сопла конечной толщины), то отражающийся от них звук воздействует на струю, изменяя ее динамические характеристики. Эффективность воздействия повышается при применении полусферических отражателей, приводящих к концентрации отраженного шума на струю.

При исследовании сверхзвуковых недорасширенных струй [7.15] было обнаружено, что закономерное увеличение динамического давления в фиксированной точке на оси струи (на участке дозвукового турбулентного течения, с ростом полного давления в ресивере в некоторых случаях нарушалось (рис. 7.8). При расположении вблизи сопла щитка, наклоненного под углом 45° к оси струи, эти нарушения (резкое уменьшение динамического давления) усиливалось; при этом струя издавала пронзительный шум высокого тона.

Рис. 7.7. а) Третьоктавные спектры шума недорасширенной струи при и низкочастотном продольном акустическом возбуждении; 1- необлученная струя,

б) То же для расчетной струи при необлученная струя,

Такая взаимосвязь между изменениями аэродинамических и акустических характеристик струи свидетельствует о том, что она могла быть обусловлена отраженными звуковыми волнами. Это подтверждается следующим экспериментом: после покрытия отражающего щитка слоем звукопоглощающего материала отмеченная выше аномалия исчезла, и не было слышно визга струи.

Рис. 7.8. Зависимость динамического давления на оси струи на основном участке от полного давления в ресивере

В проведенных экспериментах конструкция сопло-ресивер имела различные поверхности, которые играли роль акустических отражателей. На рис. 7.9 представлены зависимости динамического давления на оси струи (при от полного давления в сопле при различных типах экранов: 1 - без поглощения; 2 - ресивер и сопло покрыты слоем звукопоглотителя; 3 - экран с звукопоглотителем в плоскости среза сопла, экран с отверстием для струи при то же при Таким образом, скорость на оси струи зависит от соответственно расположенного звукопоглощающего экрана, прерывающего или ослабляющего акустическую обратную связь.

Теневые снимки показали, что влияние акустической обратной связи на структуру скачков уплотнения проявляется в более быстром вырождении ячеистой структуры газодинамического участка струи. При этом характерная частота дискретного тона, способствующего получению минимальной скорости на оси струи составляла что соответствует при скорости истечения и диаметре сопла числу Струхаля (здесь индекс соответствует параметрам эквивалентного сопла при расчетном режиме истечения).

Из приведенных данных видно, что различные типы отражателей и различные звукопоглощающие покрытия этих отражателей, равно как и их расположение вдоль оси струи, могут в широких пределах изменять ее характеристики. Ниже приведены результаты испытаний для

Рис. 7.9. Зависимость динамического давления на оси струи от полного давления в ресивере (экраны без звукопоглотителя, со звукопогаотителем и с отверстием для струи)

простейшего плоского кольцевого отражателя, расположенного вблизи среза сопла. Именно для этого отражателя на рис. 7.10 представлено изменение вдоль оси струи скорости и эффективного радиуса струи Опыты проведены для недорасширенной струи, истекающей из сужающегося сопла

На представлены соответствующие зависимости для случаев, когда отражатель покрыт слоем звукопоглощающего вещества и при отсутствии такого покрытия. Главный вывод отсюда состоит в том, что акустическая обратная связь сверхзвуковых нерасчетных струй при определенных условиях может привести к уменьшению скорости на оси струи в основном участке на 50 - 80% при и соответствующему увеличению эффективной толщины струи в раза.

Поскольку во внешнем акустическом поле, между источником излучения дискретного тона и кольцевым отражателем, расположенным у среза сопла, возникает стоячая волна, то перемещение этого отражателя от среза сопла в направлении против течения в струе влияет на структуру поля

Рис. 7.10. (см. скан) Изменение скорости на оси струи и эффективной толщины струи в функциях с отражателем, 2 - без отражателя.

Рис. 7.11. (см. скан) Зависимость на оси перерасширенной струи и уровня звукового давления среза сопла от

стоячей волны и на интенсивность излучения дискретного тона. При этом меняются и аэродинамические характеристики струи. Это иллюстрируется представленными на рис. 7.11 зависимостями [7.3] полного давления

в фиксированной точке на оси перерасширенной струи и уровня звукового давления среза сопла от смещения кольцевого отражателя в направлении против течения Опыты показали, что длина сверхзвукового участка струи уменьшается, если на основание струи попадает пучность стоячей волны дискретной составляющей, и возрастает, если туда попадает узел. При этом по мере увеличения уровня дискретной составляющей длина сверхзвукового участка струи линейно уменьшается (максимальное различие между наибольшей и наименьшей длиной сверхзвукового участка может достигать 3,5).

Дальнейшие исследования управления сверхзвуковыми струями с помощью различных экранов описаны в работах

Литература

(см. скан)

(см. скан)