ГЛАВА 9. АКУСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ АВТОКОЛЕБАНИЯМИ В АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ТРУБАХ С ОТКРЫТОЙ РАБОЧЕЙ ЧАСТЬЮ

9.1. Постановка задачи и измеряемые параметры

В настоящей главе исследуются акустические методы подавления и генерации автоколебаний в аэродинамических трубах с открытой рабочей частью, основанные на чувствительности когерентных структур струи к периодическому возбуждению При высокочастотном возбуждении, когда число Струхаля они ослабляются; при низкочастотном возбуждении с числом усиливаются. Самое чувствительное место струи к периодическому возбуждению - это тонкий слой смешения в непосредственной близости от среза сопла. При акустическом возбуждении именно здесь генерируются вихревые возмущения, которые и обусловливают усиление или ослабление когерентных квазипериодических структур.

Эксперименты были проведены в четырех аэродинамических трубах с различными диаметрами выходного сечения сопла причем в них имелись устройства для ослабления автоколебаний, которые, однако, полностью их не подавляли. В процессе эксперимента измерялись поля средней скорости и давления, пульсации скорости и давления, их спектры, а также пространственные корреляции пульсаций скорости и давления. Резонансные частоты обратного канала определялись при отсутствии потока в трубе с помощью динамика, подключенного к генератору синусоидальных колебаний, и микрофона, установленного в обратном канале.

Аэродинамические трубы с диаметром сопла 0,44 и имеют геометрически подобные устройства для демпфирования автоколебаний - кольцевой раструб перед входом в диффузор и три ряда отверстий в стенках диффузора при входе с общей площадью 30% от входной площади диффузора. Параметры этих устройств выбраны в соответствии с рекомендациями работы [9.1]. В трубе с диаметром сопла для подавления автоколебаний предназначен только кольцевой раструб. В трубе с диаметром сопла для подавления автоколебаний предусмотрены кольцевой раструб вокруг входа в диффузор и кольцевая щель при входе в диффузор с регулируемой шириной от нуля до а в стенках диффузора расположены два ряда отверстий.

Изучены два варианта акустического облучения: 1) излучатель звука располагается в обратном канале трубы. При этом частоту излучения подбирали так, чтобы она совпала с одной из резонансных частот обратного канала. Это обеспечивало увеличение амплитуды акустических колебаний. Известный недостаток указанного варианта состоит в том, что при этом генерируются пульсации давления в рабочей части трубы акустические возмущения вводятся в пограничный слой сопла через узкую щель, вследствие чего здесь реализуется периодический вдув-отсос [9.5]. Такой способ возбуждения имеет два важных преимущества по сравнению с первым вариантом. Во-первых, для управления когерентными структурами в слое смешения возбуждается лишь тонкий пограничный слой вблизи среза сопла, а не весь объем обратного канала трубы и ядро потока в рабочей части. Во-вторых, поскольку узкая щель представляет собой малоэффективный излучатель звука, можно надеяться, что при этом в рабочей части трубы не возникнут сколько-нибудь значительные пульсации давления.