автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.13, диссертация на тему:Аэроакустические взаимодействия в турбулентных струях

ведение.

1. Аэроакустические взаимодействия как метод исследования и способ воздействия на турбулентные струи

2. Экспериментальная установка и методика проведения исследований.

3. Результаты исследований и обсуждение, аэроакустические взаимодействия в сверхзвуковых струях.

3.1. Излучение волн Маха сверхзвуковой струей при акустическом воздействии.

3.2. Возникновение возмущений в сверхзвуковых струях при акустическом воздействии.

3.3. Влияние угла падения звука на расширение сверхзвуковой струи.

3.4. Образование нестационарной системы скачков уплотнения в сверхзвуковых струях при акустическом воздействии.

3.5. Излучение дискретного тона нерасчетной сверхзвуковой струей при акустическом воздействии.

3.6. Излучение шума сверхзвуковой струей при акустическом воздействии.

3.7. Усиление звука сверхзвуковой струей.

3.8. Прохождение звука через сверхзвуковую струю. Результаты исследований и обсуждение, аэроакустические взаимодействия в дозвуковых струях.

4.1. Возникновение возмущений в дозвуковых турбулентных струях при внешнем поперечном акустическом воздействии.

4.2. Возникновение возмущений в дозвуковых струях при продольном внутреннем акустическом воздействии.

4.3. Воздействие звука на вихри в турбулентных струях.

4.4. Излучение звука при взаимодействии вихрей в турбулентных струях.

4.5. Влияние полости в сопле на шум турбулентной струи.

4.6. Расширение струи гелия под действием звука.

В современной гидромеханике аэроакустические взаимодействия рассматривают как уникальный по своим возможностям метод исследования струйных течений особенно, упорядоченных структур, присущих, как правило, таким течениям. С друг стороны, аэроакустические взаимодействия представляют эффективный спос воздействия на структуру и шум турбулентных струй, позволяющий существен влиять на их аэродинамические и акустические характеристики. Эти особенное аэроакустических взаимодействий привлекают к ним внимание исследователей и настоящее время библиография по этому вопросу насчитывает сотни наименовани Аэроакустические взаимодействия, таким образом, превратились в одно из наибол перспективных направлений исследований при решении одной из фундаментальнь проблем газодинамики,^ связанной с процессом смешения и излучения зву турбулентными струями. Изучение роли крупномасштабных упорядоченнь (когерентных) структур в процессах турбулентного смешения и излучения шу турбулентными струями представляет важное направление исследований в рамк указанной фундаментальной проблемы. Особый интерес представляет исследован процессов возникновения, развития, взаимодействия и разрушения круйномасштабнь упорядоченных структур и выяснение их роли в образовании слоя смешения излучении шума дозвуковыми и сверхзвуковыми турбулентными струями. Решен такой задачи представляет не только научный интерес для создания адекватнь теоретических моделей процессов смешения и излучения шума струями, но практический интерес, так как открывает новые возможности целенаправленно воздействия на расширение и шум турбулентных струй, в частности, например, л уменьшения заметности и снижения шума двигательных установок летательнь аппаратов. Этим определяется актуальность и практическая значимость так исследований.

Цель проводимых исследований - на удобных моделях изучить роль поперечных продольных вихрей в турбулентных струях в процессах эжекции, смешения и излучен (шума/наметить пути воздействия на эти процессы с целью их усиления или ослаблени

Используемый метод исследования основан на одновременном применен V акустических, аэродинамических и визуальных способов исследования, приче основное внимание уделяется визуальным методам исследования. Это связано с те что в предпринятых опытах в качестве средства акустического воздействия на стр применяются пилообразные волны конечной амплитуды, которые отчетливо видны теневых фотографиях наряду со струями и их элементами (скачками уплотнен] возмущениями, вихрями и т.д.). Используемые в проводимых опытах пилообразн волны конечной амплитуды не являются совершенно новым или необычным объекто исследования, они часто встречаются на практике. Например, излучение т называемого дискретного тона сверхзвуковыми струями на нерасчетных режим истечения представляет собой именно такую волну, характеризующуюся высоки уровнем звукового давления и наличием большого числа гармоник. Такое излучен нередко наблюдается и в натурных условиях в спектрах шума струй двигательнь установок летательных аппаратов. Под действием пилообразных волн конечн шлитуды в струях образуются возмущения достаточно больших размеров, что дает зможность проследить за их эволюцией: возникновением, развитием, аимодействием и разрушением. При некоторых допущениях можно предполагать, что малые возмущения, которые трудно или невозможно детектировать визуальными етодами исследования, ведут себя подобным образом и, таким образом, возмущения, разующиеся в струях под действием звуковых волн конечной амплитуды, можно осматривать как удобные модели таких возмущений, возникающих , и в возмущенных струях. Давно стало общим местом утверждение, что теневой метод зуализации (а именно такой метод используется в настоящем исследовании) не зволяет однозначно интерпретировать полученные результаты. Обычно это язывают с тем, что луч света на пути от источника до экрана претерпевает изменение оптических неоднородностях объекта по всей его глубине и наблюдаемая на экране ртина - результат наложения явлений, наблюдаемых в различных сечениях объекта, о в самом деле так, но использование в качестве объекта исследования есимметричной струи и пилообразных волн конечной амплитуды приводит к тому, о процесс взаимодействия, фиксируемый на экране, разворачивается только в одном евом вертикальном сечении струи на ее границе. Все детали процесса взаимодействия гут быть легко идентифицированы, направление распространения звуковых волн (на ех представленных теневых фотографиях) соответствует направлению от светлой к мной полоске на изображении фронта звуковых волн, а масштаб времени задается вестной скоростью распространения звука в невозмущенной среде (так что скорость спространения возмущений и вихрей в струе может быть легко определена). Таким разом, особенности проводимых опытов (видимые на теневых фотоснимках фронты уковых волн и отчетливые и достаточно крупные возмущения, возникающие в струях д действием звука) позволяют, как правило, однозначно интерпретировать их зультаты.

Проведенные опыты позволили получить ряд новых, ранее неизвестных результатов 11]: ри воздействии на сверхзвуковые струи с числом Маха М>2 пилообразных звуковых лн конечной амплитуды на границе струи возникают достаточно крупные и мпактные возмущения, которые при перемещении вдоль границы струи со ерхзвуковой конвективной скоростью, излучают волны Маха большой интенсивности частоте внешнего воздействия [ 1 ]; ри одновременном внешнем поперечном воздействии пилообразных звуковых волн нечной амплитуды на сверхзвуковую струю (М>2) на двух различных частотах на ницах струи возникают две системы возмущений с различными характерными остранственными размерами, излучающие волны Маха на частотах внешнего действия [ 1 ]; кремент нарастания возмущений в сверхзвуковых струях зависит от угла падения ка на границу струи. Наибольшие возмущения в струе возникают, когда волновое ело возмущенного движения совпадает с волновым числом в падающей звуковой не или с его проекцией на направление распространение мущений [ 2 ];

- при оптимальном угле падения звука на границу сверхзвуковой струи, вызывающа ней наибольшие возмущения, в струе возможно появление нестационарной систе скачков уплотнения, связанной с обтеканием этих возмущений потоком относительном движении и перемещающейся вместе с ними [ 2 ];

- отнимая небольшую часть кинетической энергии основного потока и преобразуя е помощью кольцевой полости небольшого размера на внутренней поверхности сопл колебательную энергию, можно добиться снижения шума струи и увеличения шири ее зоны смешения [ 3 ];

- под действием звука высокой интенсивности в сверхзвуковых струях на нерасчетн режимах истечения может быть разрушен Пауэлловский механизм излучен дискретного тона и может возникнуть другой механизм излучения дискретного то связанный с излучением звука возмущениями, перемещающимися со сверхзвуков скоростью вдоль облучаемой границы струи [ 4 ];

- предельная интенсивность дискретного тона, излучаемого нерасчетной сверхзвуков струей, не может превосходить интенсивность внешнего акустического воздейств приводящего к разрушению собственной ударно-волновой структуры струи, и моз быть легко определена [ 4 ];

- под действием звука высокой интенсивности сверхзвуковая струя может расширять гораздо быстрее невозмущенной струи и излучать меньше шума в области низ] частот [ 5 ];

- при наклонном падении звука на границу сверхзвуковой струи (при М>2 наблюдается явление усиления звука, так что интенсивность звука, излучаемого стру на частоте внешнего воздействия, может значительно превосходить интенсивно звука в падающей волне [ 10 ];

- взаимодействие пилообразных звуковых волн конечной амплитуды со скачка уплотнения в сверхзвуковой струе может приводить к излучению звука облает взаимодействия [ И ];

- начальная стадия образования и развития возмущений в турбулентных струях п действием пилообразных звуковых волн не зависит от частоты воздействия, интенсивность процесса смешения струи с окружающей средой в значительной степе определяется расстоянием между образовавшимися под действием звука вихрями степенью взаимодействия между ними [ 6 ];

- высокоскоростные струи гелия испытывают аномально большое расширение п действием пилообразных звуковых волн конечной амплитуды [ 8 ];

- восприимчивость турбулентных струй к звуковому воздействию связана с влияни числа Рейнольдса [ 8 ];

- получено прямое экспериментальное подтверждение об излучении звука и взаимодействии косого и тороидального вихрей в дозвуковой турбулентной стр [7,9];

Другие результаты, полученные ранее, относящиеся к проблеме аэроакустичес взаимодействий, но не рассматриваемые в настоящей работе, приведены в работ [12-17].

Научная ценность полученных результатов состоит в том, что они значительно сширяют существующие представления о процессах, протекающих в невозмущенных звуковых и сверхзвуковых турбулентных струях и в струях, находящихся под йствием звука высокой интенсивности, позволяют объяснил» ряд ранее полученных зультатов, наметить направление практических приложений и дальнейших следований. |

С точки зрения [аэродинамики йрактическая ценность проведенных исследований стоит в том, что предложенный механизм воздействия звука высокой интенсивности дозвуковые турбулентные струи открывает новые возможности целенаправленного здействия на процесс смешения, на изменение ширины зоны смешения и [ьнобойности таких струй и что сверхзвуковые струи в такой же степени подвержены здействию звука высокой интенсивности как и дозвуковые струи.

С точки зрения аэроакустики практическая ценность выполненных исследований И ключается в том, что так называемый "барьер числа Рейнольдса", на который указал айтон и который заключается в том, что если число Рейнольдса турбулентной струи евосходит определенное значение, то воздействие звука приводит только к еличению излучаемого струей шума, может быть преодолен при воздействии на струи ука высокой интенсивности.

Особенно важным с практической точки зрения представляется полученный зультат, что высокоскоростные струи в значительной степени подвержены действию ука высокой интенсивности. Достоверность полученных результатов определяется, в частности, применяемым тодом визуализации, практически исключающем возможность субъективной оценки блюдаемых эффектов, и применением высококачественной измерительной и ализирующей электроакустической аппаратуры фирмы "Брюль и Къер". Результаты выполненных исследований докладывались на семинарах Института, на ссийских и международных научных конференциях и опубликованы в российских и остранных научных журналах, ряд работ был выполнен в рамках грантов РФФИ, исок публикаций прилагается [1-17 ].

В §1 настоящей работы дается введение в рассматриваемую проблему и краткий зор ранее полученных результатов, в §2 - описание экспериментальной установки и тодики измерений, в §3 - результаты исследований аэроакустических взаимодействий сверхзвуковых струях, в §4 - результаты исследований аэроакустических аимодействий в дозвуковых струях, в §5 - заключение и направление дальнейших следований. Аэроакустические взаимодействия как метод исследования и способ воздействия на турбулентные струи

Хотя еще в прошлом веке в опытах Лаконта, Тиндаля и Рэлея исследовались вствительные к музыкальным звукам струи и пламена, только в 60ые годы XX века зродился интерес к воздействию звука на струйные течения, чему в большой степени особствовали работа Власова и Гиневского [18] об акустическом воздействии на аэродинамические характеристики турбулентных струй и работа Кроу и Шампань [1 об упорядоченных структурах в турбулентных струях. С тех пор были выполне многочисленные исследования (обширная библиография приведена, например, в обзо [20]), позволившие в общих чертах установить механизмы образования и развит возмущений в турбулентных струях, их роль в процессах смешения и излучения шу При этом малые внешние воздействия (преимущественно акустические) использовал] как инструмент исследования упорядоченных структур в струйных течениях, умеренные и достаточно большие внешние акустические возмущения - для воздейств на аэродинамические и акустические характеристики струй. Как правило, п исследовании аэроакустических взаимодействий применялись плоек монохроматические синусоидальные звуковые волны при различных способ воздействия (внутреннее продольное, внешнее поперечное, внешнее встречное), некоторых исследованиях использовались сложные по спектральному составу I способу воздействия на струю источника звука. Используя аэроакустическ взаимодействия как метод исследования удалось убедительно доказать существовани важную динамическую роль упорядоченных структур в турбулентных струях п умеренных значениях чисел Рейнольдса (до Яе-Ю6), достаточно детально исследов процессы возникновения и взаимодействия вихрей в турбулентных струях. Использ аэроакустические взаимодействия как средство воздействия на аэродинамические акустические характеристики турбулентных струй, удалось добиться их изменен подбирая должным образом частоту и уровень акустического воздействия, мол добиться усиления или ослабления процесса смешения, увеличения или уменьшен шума, излучаемого дозвуковыми турбулентными струями при умеренных, значеш чисел Рейнольдса. Заметный вклад в теоретическое и экспериментальное исследован аэроакустических взаимодействий и упорядоченных структур в турбулентных стру внесли советские и российские исследователи [21-34]. Относитель малоисследованной оставалась область высоких скоростей истечения струй, болып значений чисел Рейнольдса и высоких уровней акустического воздействия. Интерес этой области значений скоростей истечения и чисел Яе, кроме ясного практическо применения, усиливался существованием упоминавшимся выше так называемо "барьера числа Рейнольдса". В соответствии с представлениями Крайто высказавшего это предложение [37], если число Яе турбулентной струи превыша некоторое определенное значение, акустическое воздействие может привести лишь увеличению излучаемого такой струей шума. Известный исследовате аэроакустических взаимодействий А.К.Хуссейн, правда, предположил [ 38 ], что п достаточно высоких уровнях акустического воздействия этот барьер, вероятно, мож быть преодолен. Общее направление уже выполненных, проводимых в настоящее вре и предполагаемых исследований, таким образом, может быть сформулировано к исследование возникновения, развития, взаимодействия и разрушен крупномасштабных возмущений (вихрей) в высокоскоростных турбулентных стру под действием звука высокой интенсивности, изучение их роли в процессах смешения излучения шума турбулентными струями, исследование эффектов и явлени сопровождающих такие аэроакустические взаимодействия. 4

V 4

Опыты выполнялись в большой заглушённой акустической камере НИО-9 ь/ осНИЦ ЦАГИ с изотермическими воздушными струями и струями гелия, диапазон следуемых скоростей истечения составлял 200-5-1000 м/с, число Маха на срезе сопла 0<У =0.6-г-3.0, диаметр выходного сечения сопла с!=10-г60мм. В качестве источников звука пользовались газоструйные генераторы Гартмана с частотами ё=14-25кГц с уровнями укового давления (SPL) до 175дБ. При помещении в фокус эллиптического или раболического отражателя эти излучатели позволяли получить интенсивность звука границе облучаемой струи 8РЬ=174дБ (среднеквадратичное значение). Излучатели ука могли располагаться под различными углами к направлению истечения струи при ешнем акустическом воздействии или располагались внутри форкамеры сопла статочно больших размеров (поперечный размер форкамеры с1«600мм) и на них здавался перепад давлений, необходимый для их нормального функционирования -и этом струи подвергались продольному акустическому воздействию. Визуализация зуи, вихрей и звуковых волн осуществлялась прямым теневым методом с искровым точником света с размером светящегося тела 0,8мм и временем экспозиции 2-10"7с, змер получаемого изображения мог достигать величины 200x500мм, разрешающая особность метода визуализации в используемом диапазоне скоростей составляла 04^-0,2мм. При интерпретации теневых фотографий, полученных при исследовании роакустических взаимодействий с использованием пилообразных звуковых волн нечной амплитуды следует иметь в виду, что, как уже отмечалось выше, направление спространения всех видимых на снимках звуковых волн может быть легко ределено, так как оно соответствует направлению от светлой к темной полоске на ображении фронта звуковой волны. Акустические измерения и спектральный анализ шолнялись комплектом электроакустической аппаратуры фирмы Брюль и Къер с v пользованием микрофонов типа 4136 и спектрометра типа 2034, точность оводимых результатов ±1дБ. Параметры струй, расположение микрофонов и лучателей звука в различных опытах приводятся, как правило, при описании зультатов этих опытов. (Схемы экспериментов приведены также в Приложении 1, а раметры струй и излучателей звука - в Приложении 2). Ссылка на соответствующую бликацию дается в конце каждого пункта. Результаты исследований и обсуждение, аэроакустические взаимодействия в сверхзвуковых струях

1. Излучение волн Маха сверхзвуковой струей при акустическом воздействии

Наиболее характерной особенностью процесса взаимодействия пилообразных лн конечной амплитуды со сверхзвуковыми струями является излучение волн axa такими струями, если скорость струи достаточно велика (обычно М>2,0), так что

• о

0 а а 0

0 0 а д ■ и □

I I Ж г* ' "V ° ► ♦ • • о а 0 7 в !-1 У о А е ■ дЗ V т 4 ♦ А5 о 0.2 ОА 0,6 Р/Ра,%

Фиг.2

Ощутимого изменения структуры струи можно добиться, если интенсивность ешнего звукового воздействия на кромке сопла при нормальном падении звука на аницу струи превышает 0,1-5-0,2% от полного давления в струе. Влияние частоты ешнего воздействия на расширение сверхзвуковой струи в исследуемом диапазоне менений параметров струи и излучателей не удается обнаружить. Располагая теневые отографии струи, полученные в различные случайные моменты времени в должном рядке, соответствующие равномерному движению фронта падающей звуковой волны, ш смонтирован кинофильм, позволивший рассмотреть процесс взаимодействия звука сверхзвуковой струей в динамике. Такое рассмотрение показало, что взаимодействие лообразных волн конечной амплитуды со сверхзвуковой струей не сопровождается лебаниями струи как целого, а ее расширение связано с ростом возмущений при их спространении вдоль облучаемой границы струи. Это подтверждается также зультатами опыта, при котором струя одновременно подвергается акустическому здействию с противоположных сторон на двух различных частотах (фиг.З, М=2,0; 0,6; 8РЬ1=156дБ; ^=8,5кГц; 8РЬ2=158дБ; £2=11,8кГц).

Фиг.З

В рассматриваемом опыте на противоположных границах струи появляют возмущения на частотах внешнего воздействия, которые распространяются вдо границ струи со своими пространственными масштабами, а процесс взаимодейств звука со струей сопровождается излучением звука собственно струей противоположных сторон на частотах, соответствующих частотам внешне воздействия. Кинограмма взаимодействия показывает, что процессы противоположных границах струи развиваются независимо друг от друга, [ 1 ].

3.2. Возникновение возмущений в сверхзвуковых струях при акустическо воздействии

Более детальное представление о механизмах возникновения возмущений сверхзвуковых струях под действие звука может быть получено при воздействии на н звуком еще более высокой интенсивности. В наших опытах 8РЬ=170дБ был достигн при помещении излучателей звука в отражатель (параболический или эллиптически" На фиг.4 показана начальная стадия образования возмущений в сверхзвуковь воздушных струях при внешнем поперечном воздействии звука при нормальном е падении на границу струи (М=2,0; ё=20мм; п=0,5и 1,5).

Фиг.4

Возмущение образуется в слое смешения при прохождении фазы максимального сатия в звуковой волне через кромку сопла и затем развивается в вихрь достаточно ожной формы. Начальная стадия образования возмущений практически не зависит от атического и полного давления в струе. При достигнутой в проведенных опытах [тенсивности звука на кромке сопла возмущение затрагивает не только слой ешения, но также и ядро потока. Тонкая структура струи характеризуется наличием одольных вихрей, которые, на наш взгляд, могут быть идентифицированы как вихри ёртлера-Тейлора. То, что эти вихри наблюдаются на значительном расстоянии от омки сопла указывает на их устойчивость и важную роль в образовании слоя ешения сверхзвуковых струй (и, соответственно, излучении шума такими струями).

Если сместить излучатель Гартмана относительно фокуса параболического ражателя, то можно получить фронт звуковой волны сложной формы, вдоль которого ачительно меняется интенсивность звука. Воздействие на сверхзвуковую струю уковых волн с трапецеидальной формой фронта показывает (фиг.5), что озмущение в самом деле возникает у кромки сопла.

Фиг.5

В случае, показанном на теневом снимке, БРЬ на кромке сопла на 15дБ меньше, чем центре фронта звуковой волны, но именно звук, воздействующий на кромку сопла, пывает появление возмущения. Это следует из рассмотрения относительного оложения фронта падающей волны, положения возмущения и волны Маха, злучаемой этим возмущением. В этом случае звук высокой интенсивности (в центре ронта звуковой волны 8РЬ~172дБ), практически не воздействует на участок струи, одвергающейся такому воздействию. Систематическое исследование воздействия ука на различные участки сверхзвуковых струй на участки протяженностью до 10 алибров показало, что звук достигнутой в проведенных опытах интенсивности не оказывает прямого влияния на поток и что расширение струи полностью определяет» интенсивностью и углом падения звука на кромку сопла.

При продольном внутреннем акустическом воздействии, когда излучатель Гартма] функционировал в форкамере сопла, начальная стадия образования вихрей в дозвуково и сверхзвуковой струе при исследованных сверхкритических значениях перепа, давлений подобны и заключаются в образовании тороидальных вихрей пр прохождении области максимального сжатия звуковой волны через выходные сечен] сопла (фиг.6 и фиг.21). В обоих случаях возникновение вихрей под действие пилообразных звуковых волн конечной амплитуды - кратковременный процесс (поряд нескольких микросекунд при исследованных значениях скорости истечения), ] зависящий от частоты воздействия. Образованные под действием звука вих^ развиваются различным образом в дозвуковых и сверхзвуковых струях: в дозвуков< струе вихрь не меняет существенно форму, увеличиваясь в размерах на расстоянии 3 диаметров сопла, в то время как в сверхзвуковой струе его форма значителы изменяется уже на расстоянии одного диаметра.

Фиг.6

По теневым фотографиям может быть легко определена конвективная скорое распространения возмущений: отношение скорости распространения возмущений скорости звука в окружающей среде равно отношению расстояний, проходимь возмущением и звуковой волной, отчитываемых от кромки сопла. Это определен конвективной скорости возмущений основывается на том эксперименталь установленном факте, что возмущение возникает при прохождении фронта падающ пилообразной звуковой волны через выходное сечение сопла. Определенная так бразом конвективная скорость распространения возмущений на начальном участке труи составляет 0,64-0,75 от скорости струи в выходном сечении сопла, [2].

3. Влияние угла падения звука на расширение сверхзвуковой струи

Известно, что угол падения звуковых волн не имеет существенного значения при оздействии на дозвуковые струи [20]. При сверхзвуковых значениях скорости стечения существует возможность совпадения волнового числа возмущенного вижения с волновым числом в падающей звуковой волне или с его проекцией на аправление распространения возмущений, что принципиально невозможно в случае стечения дозвуковых струй. Исследование влияния угла падения звуковых волн онечной амплитуды на границу сверхзвуковой струи было выполнено с воздушной верхзвуковой струей, истекающей из конического сверхзвукового сопла, ассчитанного на число М=2,0, с диаметром выходного сечения сопла сН20мм, при тепенях нерасчетности п=0,8 и п=1,0. В качестве источника звука использовался злучатель Гартмана с частотой 1=10кГц, располагавшийся на дуге окружности адиусом 120мм с центром на ближней к излучателю кромке сопла. Угол а между аправлением истечения струи и направлением на излучатель менялся от 30° до 160°. ространственный инкремент нарастания возмущений определялся по теневым отографиям. Эта характеристика процесса взаимодействия была выбрана в данном учае, чтобы подчеркнуть, что это скорее детерминированный, чем случайный роцесс. В области течения вблизи сопла поперечные размеры возмущения еличиваются скорее экспоненциально, чем линейно, что в общем соответствует ществующим теоретическим представлениям об устойчивости сверхзвукового вигового слоя (Майлс [38]). Зависимость инкремента нарастания возмущений на блучаемой и необлучаемой границах струи от угла падения звука на границу струи оказывает (фиг. 7), что при наклонном падении звука на границу струи, когда фазовая орость распространения звука вдоль границы струи (в области течения, прилегающей соплу) близка к скорости распространения возмущений, возмущения нарастают иболее быстро.

30 60 90 120 150 а*

Фиг.7

Выполненные опыты, как представляется, указывают на возможность прямо взаимодействия между звуком и возмущением, образованным под его воздействие при скользящем падении звука на границу сверхзвуковой струи энергия звуковых во передается вихревому движению. Это объяснение полученного результа представляется вполне естественным, но не единственно возможным, и механи взаимодействия звука со сверхзвуковым потоком остается во многом еще не ясным, фиг.8 в качестве примера приведены теневые фотографии сверхзвуковой струи п скользящем и встречном падении звука (при одинаковых значениях БРЬ на кром сопла ~ 160дБ), [2 ].

Фиг. 8

3.4. Образование нестационарной системы скачков уплотнения в сверхзвуковь струях при акустическом воздействии

В случае оптимальных углов падения пилообразных звуковых волн конечн амплитуды на границу нерасчетной сверхзвуковой струи, когда в ней возника возмущения наибольшей величины, в струе возможно образование системы скачк плотнения, связанной с этими возмущениями (фиг.9). Эти скачки существуют, как равило, наряду со стационарной системой скачков уплотнения, характерной для ерхзвуковых струй на нерасчетных режимах истечения. Однако в отличие от ационарной системы скачков уплотнения эти скачки, как показывает рассмотрение ого явления в развитии, перемещаются вместе с возмущениями, вызванными ействием звука. (Как уже отмечалось выше, рассмотрение процесса в развитии ановится возможным в результате его съемок в различные случайные моменты емени и затем в расположении полученных снимков в должной оследовательности, задаваемой положением фронта падающей звуковой волны.)

Фиг.9

Возникновение нестационарной системы скачков уплотнения в сверхзвуковых •уях при акустическом воздействии связано, на наш взгляд, с обтеканием упномаспггабных возмущений потоком в относительном движении. Это явление, евидно, подобно явлению, наблюдаемому при обтекании достаточно крупных ер дых частиц, переносимых сверхзвуковым потоком (фиг. 10).

Фиг. 10

При достаточно высокой интенсивности звука в падающей волне в струе мог возникать настолько большие возмущения, что стационарная система скачк уплотнения может быть почти полностью разрушена.

На наш взгляд, значительный практический интерес может представля обнаруженное явление возникновения интенсивного скачка уплотнения перед вихре образовавшимся в сверхзвуковой струе при внутреннем продольном акустическ воздействии, когда излучатель располагается в форкамере сопла (фиг.11).

Фиг. И

Это явление может возникать, например, при наблюдаемом иногда на практи возникновении интенсивных пульсаций давления в камерах сгорания ракета двигателей и может сопровождаться значительным изменением газодинамическ параметров струи и значительным увеличением излучаемого такой струей шума, но настоящее время оно исследовано недостаточно^ 2 ].

3.5. Излучение дискретного тона нерасчетной сверхзвуковой струей п акустическом воздействии.

Как известно, сверхзвуковая струя на нерасчетных режимах истечения мож излучать интенсивный звук в узкой полосе частот на основной частоте и ее гармоник-уровень этого дискретного тона может превышать уровень сплошного шума на 15-20,, С тех пор как Пауэлл [40] впервые наблюдал это явление и предложил механизм е возникновения многочисленные исследования значительно расширили знания природе этого явления, но при этом оставалось неизменным представление автоколебательном характере этого процесса. На этом представлении основывало часто выдвигаемое предположение о резонансных свойствах нерасчетн сверхзвуковых при внешнем акустическом воздействии [28,34]. Результаты опытов воздействию пилообразных волн конечной амплитуды позволяют во многом измени это предположение.

Исследования были выполнены с изотермическими воздушными струям истекающими из сходящего сопла с диаметром выходного сечения ё=20мм п верхкритических перепадах давления на сопле с внешним поперечным акустическом оздействии звука (8РЬ~160дБ), создаваемого излучателем Гартмана. Под действием вука высокой интенсивности в нерасчетной сверхзвуковой струе, излучающей искретный тон, появляются возмущения, которые, как отмечалось выше, излучают олны Маха на частоте внешнего воздействия, если их скорость конвенции превышает корость звука в окружающем пространстве. При достаточно высоких значениях уровни вукового давления на кромке сопла собственная стационарная система скачков плотнения может разрушаться (фиг. 12).

Наличие периодической системы скачков уплотнения, как известно, представляет еобходимое условие для излучения дискретного тона и, как следствие, собственный искретный тон струей, находящийся под таким акустическим воздействием, не злучается. Это отсутствие излучения собственного дискретного тона трудно становить из рассмотрения спектров акустического излучения, так как частоты ешнего воздействия и собственного дискретного тона в рассматриваемом случае впадают, а интенсивность внешнего воздействия и волн Маха, как правило, ревышают интенсивность излучения дискретного тона. При внешнем акустическом здействии достаточно высокой интенсивности сверхзвуковая струя, как уже мечалась выше, расширяется быстрее, чем в отсутствии внешнего воздействия, и змерение осредненных параметров струи создает впечатление увеличения амплитуды токолебательного процесса, когда частоты внешнего воздействия и дискретного тона впадают. Однако, как также уже отмечалось, при воздействии пилообразных волн нечной амплитуды сверхзвуковые струи не совершают поперечных колебаний и их сширение - результат увеличения размеров возмущений при их перемещении вдоль аницы струи. Примененный метод исследования позволил установить разрушение еханизма излучения дискретного тона Пауэлла при акустическом воздействии и Iявить механизм излучения дискретного тона, связанный с излучением волн Маха кой струей. При акустическом воздействии на струю (8РЬ= 140ч-160дБ), излучающую бственный дискретный тон, на частоте собственного излучения результаты устических измерений показывают (фиг. 13), что излучение собственного скретного тона прекращается при 8РЬ на кромке сопла ~ 158дБ ( при этом

Фиг. 12 отношение среднеквадратичного значения звукового давления к полному давлению 2

5-Ю-3). Внешнее акустическое воздействие не оказывае струе составило

Ро заметного влияния на излучение дискретного тона при БРЬе 150дБ, (-«210 3

Ро

Наличие некоторого порогового значения БРЬ на кромке сопла, приводящего разрушению Пауэлловского механизма излучения дискретного тона, позволяв объяснить существование предельного значения амплитуды дискретного тон излучаемого нерасчетной сверхзвуковой струей: во всяком случае оно не може превосходить указанное пороговое значение БРЬ, что позволяет оценить на практик это предельное значение амплитуды дискретного тона.

1с1В

Ю 15 ин*

Фиг. 13

Результаты выполненных опытов позволяют также высказать предположение, что тех случаях, когда в нерасчетных сверхзвуковых струях реализуется Пауэлловски механизм излучения дискретного тона и когда скорость истечения струи достаточн велика, лепесток диаграммы направленности излучения дискретного тона на основно частоте, ориентированной в направлении истечения потока, связан с излучением вол Маха возмущениями, перемещающимися вдоль границы струи со сверхзвуково скоростью, [ 5 ].

3.6. Излучение шума сверхзвуковой струей при акустическом воздействии

Известно, что достаточно высокочастотное акустическое воздействие на дозвуковы струи может привести к уменьшению излучаемого такими струями шума [18]. Эт объясняют тем, что высокочастотное воздействие затрудняет образование или приводи к разрушению когерентных структур, которые, как полагают, в той или иной степен связаны с излучением шума струями. Другое, более вероятное объяснение заключаете в том, что акустическое воздействие приводит к изменению осредненных пульсационных характеристик в слое смешения струи, подвергающейся достаточн интенсивному периодическому воздействию. При воздействии на сверхзвуковую стр? излучения собственного дискретного тона струи и уменьшению излучения сплошног шума в области средних частот, [3, 5].

5 4 3 2 1 О -1 -2

Ф 0 н*

0.5 8 б) в А, о п в шах О яс Ап 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 в Р Ф 1 в <Р Ф 8

В 1 а I а ■ л. V V

5.0 10.0 20.0 о кГц

Фиг. 15

3.7. Усиление звука сверхзвуковой струей

Известны теоретические работы об усилении звука при его падении на линейн устойчивый сдвиговый слой [41]. Подобное явление обнаружено и при падении звука н границу сверхзвуковой струи, но природа этих явлений существенно различна, частности, направление излучения "отраженной" волны в случае падения звука н границу струи не зависит от угла падения звука, как это наблюдается при падении звук на бесконечный сдвиговый слой, и при этом усиление звука наблюдается только пр определенных углах падения звука и т.д. В случае падения пилообразных вол конечной амплитуды на границу сверхзвуковой струи (при М>2,0, когда конвективш скорость превышает скорость звука в окружающем пространстве) "отраженные" волнь - это волны Маха, излучаемые под постоянным углом - углом Маха возмущениями возникшими под действием звука и перемещающимися вдоль границы струи (п.3.1., 1]), и естественно предположить, что и интенсивность излучаемых струей волн Мах зависит от угла падения звука на ее границу. Такие исследования были выполнены воздушными сверхзвуковыми струями, истекающими из сопла, рассчитанного на числ М=2,0 с диаметром выходного сечения сопла с1=20мм при изменении полного давлени в форкамере от 3,9 до 15,6 атм. Излучатель звука (£=10кГц) располагался на дуг окружности с радиусом 11=5(1 с центром на ближайшей кромке сопла, угол падени звука менялся в пределах от 90° до 140° с направлением истечения струи. Акустически измерения (среднеквадратичное значение звукового давления на основной частот излучаемого звука) производились на дуге окружности с радиусом 11=2(1 с центром н ближайшей кромке сопла в секторе углов от 20° до 35° с направлением истечения струи ЭРЬ на основной частоте на кромке сопла составлял ~ 147дБ, создаваемы невозмущенной струей в точках измерения на основной частоте, составляли 125-135; зависимости от режима истечения. Распределение БРЬ по дуге окружности оказывает (фиг. 16, р=130°), что под действием звука достаточно высокой нтенсивности в самом деле происходит усиление звука: интенсивность звука, злучаемого струей на основной частоте может превышать интенсивность звука в адающей волне на величину до 20дБ (при исследованных значениях параметров). При еболыпих значениях полного давления в струе, когда конвективная скорость озмущений меньше скорости звука в окружающем пространстве, излучение волн Маха труей не происходит и интенсивность звука в точках измерения соответствует 8РЬ в адающей волне (кривая 5 на фиг. 16).

Фиг.16

Наиболее значительное усиление звука наблюдается при скользящем падении звука а границу струи при наибольшем исследованном значении полного давления в струе: ри скользящем падении звука на струю усиление звука струей тем больше, чем олыпе полное давление в струе, [10 ].

8. Прохождение звука через сверхзвуковую струю

При воздействии пилообразных волн конечной амплитуды на сверхзвуковую струю огут наблюдаться следующие эффекты: возникновение возмущений на кромке сопла и прохождении через нее фазы максимального сжатия в звуковой волне; излучение ука (волн Маха) возникшими возмущениями; излучение звука при взаимодействии сих возмущений со скачками уплотнения в структуре сверхзвуковой струи; аим о действие звука со скачками уплотнения в структуре сверхзвуковой струи; фракция звука на струе. Выше были рассмотрены вопросы, связанные с зникновением возмущений в сверхзвуковой струе и излучением звука ерхзвуковыми струями при воздействии на них пилообразных звуковых волн и, в стности, указано на излучение звука из конца первой ячейки периодической )уктуры струи с необлучаемой стороны. В этом разделе это явление рассматривается более подробно. Опыты были выполнены со сверхзвуковыми струями, истекающими и сопла, рассчитанного на число Маха М=2,0 (с1=20мм) при степени нерасчетност п=0,5-г2,0. Акустическому воздействию ( от генератора Гартмана, помещенного отражатель, ^ЮкГц) подвергался участок струи от выходного сечения сопла д сечения Х=4, расстояние от выходного сечения отражателя до следа за кромкой сопл менялось в пределах У -1 ч- 5.

Излучение звука на частоте внешнего воздействия, кажущийся источник которог располагается вблизи конца первой ячейки периодической ударно-волновой структур (фиг.4,а), напоминает довольно хорошо изученное явление излучения звука пр взаимодействии возмущений, образовавшихся в струе под действием внешнег источника звука, со скачками уплотнения, но, на наш взгляд, не является таковым момент возникновения возмущения не коррелирует со временем прохождеш возмущения через скачок уплотнения, продольные размеры возмущений слишко велики, чтобы вызвать появление излучения в виде пилообразной волны, к тому ж интенсивность этого излучения («165дБ) гораздо выше подобного излучения облучаемой стороны. Наблюдаемое явление излучения звука высокой интенсивности необлучаемой стороны струи, по-видимому, связано с прохождением пилообразно звуковой волны конечной амплитуды через сверхзвуковую струю, сопровождающимс взаимодействием звука со скачками уплотнения, рефракцией звука на среднем потоке дифракцией. Схема рассматриваемого явления приведена на фиг. 17: здесь 1 - падающ; на границу струи звуковая волна конечной амплитуды, 2-3 - линии Маха (условн показанные прямыми линиями), отделяющие возмущенную часть потока А и В о невозмущенной области С, I и II - области взаимодействия звука со скачкам уплотнения, & и & - источники звука с облучаемой и необлучаемой стороны излучающие в направлении среза сопла, & - источник звука из области взаимодействи I, возмущения от которого распространяются в области В.

Источники звука Б] и Бг в соответствии с принципом Гюйгенса являютс действительными источниками звука как бы претерпевающего дифракцию на границ возмущенного и невозмущенного потока.

Присутствие на теневых фотографиях (на оригиналах) звуковых волн с облучаемо стороны, распространяющихся в направлении выходного сечения сопла свидетельствует о том, что взаимодействие звука со скачком уплотнения в области сопровождается излучением звука областью взаимодействия в области В и затем кружающее пространство. Сам факт наличия такого излучения с облучаемой стороны называет на возможность усиления звука при его взаимодействии со скачками плотнения. При смещении источника звука вдоль струи вся наблюдаемая картина акже смещается вниз по потоку (фиг. 18). Место расположения кажущегося источника вука с необлучаемой стороны на частоте внешнего воздействия в общем не совпадает с онцом ячейки периодической структуры, по-прежнему являющимся кажущимся сточником широкополосной составляющей ударного шума, [11].

Фиг. 18

4. Результаты исследований и обсуждение, аэроакустические взаимодействия в дозвуковых струях

1. Возникновение возмущений в дозвуковых турбулентных струях при внешнем поперечном акустическом воздействии

При внешнем поперечном акустическом воздействии вихри в дозвуковой струе бразуются при прохождении через выходное сечение сопла фазы максимального жатия пилообразной звуковой волны (фиг. 19, а, 11=23 Ом/с, аКЮмм, 8РЬ=160дБ, щ к(1

150°; БИ = — = 0,8). Расстояние между вихрями А = — (к- коэффициент и ЭЬ онвенции), понимаемое как расстояние между элементами вихрей, находящимися в динаковой фазе развития, уменьшается с увеличением числа БЬ.

Фиг. 19

Присутствие на теневых фотографиях фронта звуковой волны позволяет с высокой очностью определять скорость перемещения отдельных элементов возмущений.

В процессе развития вихрь размывается, т.к. его передняя часть распространяется большей скоростью, чем хвостовая. Таким образом, в процессе движения и развита последующий вихрь догоняет предыдущий. С учетом разницы скоросте распространения передней (г^) и хвостовой (и2) части вихря условием взаимодействи вихрей является соотношение М2(Т+1)~М1(0=0 (Т-период звуковой волны), что приводит зависимости расстояния X, на котором начинается взаимодействие вихрей пр к внешнем поперечном воздействии, от числа БЬ: X = —-—--—. При полученных

БЫ^ / Щ-1) приведенных опытах к«0,7 и щ/и2~2, X « 0,7/ 8Ь и таким образом при 81к0,1 взаимодействие вихрей начинается за пределами начального участка струи, в то врем как при 8Ь >1 оно происходит вблизи выходного сечения сопла. Исследовани начальной стадии процесса возникновение возмущений в дозвуковой турбулентно струе при внешнем поперечном воздействии пилообразных звуковых волн конечно амплитуды показывает (фиг.20, а - 811=0,3; б - 811=2,0; а=90°, 8РЬ=160дБ), что это процесс не зависит от частоты воздействия.

Фиг.20

Известно, что действие низкочастотного звука (8Ь<0,2-0,3) достаточно интенсивности приводит к более быстрому расширению струи и уменьшению скорост на оси струи по сравнению с невозмущенной струей, в то время как высокочастотно облучение (81т>1,0) оказывает гораздо более слабое, а при определенной интенсивност даже обратное действие, т.е. может уменьшить ширину зоны смешения стру Объясняется это тем, что акустическое воздействие на низких частотах приводит образованию более крупных вихрей и способствует их парному слиянию, приводящем к более быстрому расширению струи. Воздействие на высоких частотах препятствуе этому процессу, затрудняя образование вихрей в слое смешения. Результат выполненных опытов позволяют выдвинуть иную интерпретацию рассматриваемог явления: при низкочастотном акустическом воздействии вихри, образованные по действием звука, успевают в своем развитии достичь достаточно больших размеро прежде чем между ними начинается взаимодействие. При высокочастотно акустическом воздействии, как отмечалось, начальная стадия образования вихре идентична этой же стадии при низкочастотном воздействии, но начинающиеся уже н начальном участке струи взаимодействие вихрей препятствует их свободному развитие развиваясь в поле, создаваемом предыдущем вихрем, вновь созданный вихрь н достигает размеров, которых он мог бы достичь, если бы расстояние между вихрями было бы достаточно велико. Таким образом, при поперечном акустическом воздействии взаимодействие вихрей, т.е. развитие одного вихря в поле другого, в отличии от известного процесса парного слияния препятствует увеличению его поперечных размеров. Взаимодействие вихрей при высокочастотном акустическом воздействии достаточно высокой интенсивности приводит к более медленному расширению струи, чем при низкочастотном воздействии. При уменьшении интенсивности акустического воздействия картина образования и взаимодействия возмущений становится менее отчетливой, сохраняя однако при этом все отмеченные особенности.

Интересный результат удается получить, если при достаточно высокочастотном облучении (£=8кГц) уменьшить число БЬ акустического воздействия за счет увеличения скорости истечения струи при неизменном уровне звукового давления на кромке сопла фиг. 19, б; 8Ь=0,32; и=500м/с, 8РЬ=160дБ, а=150°). Хотя скорость струи увеличилась более чем в 2 раза, по сравнению с дозвуковой струей (фиг. 19,а) и в соответствии с уществующими представлениями необходимо существенно увеличивать нтенсивность звукового воздействия, чтобы добиться хотя бы не меньшего воздействия на структуру струи, угол полураскрытия сверхзвуковой струи даже есколько больше («20°), чем у дозвуковой струи при этих же условиях («15°). Это, в оответствии с предложенной концепцией, связано с увеличением расстояния между

- ихрями, образованными при взаимодействии звука со струями: при увеличении корости истечения расстояние между вихрями увеличивается, степень их

- заимодействия уменьшается - вихри развиваются свободно на большем промежутке. В езультате сверхзвуковая струя расширяется быстрее дозвуковой.

Внешнее поперечное акустическое воздействие позволяет выявить регулярную труктуру продольных вихрей как при дозвуковых, так и при сверхзвуковых скоростях стечения струи. Эти вихри (вихри Гёртлера) имеют довольно значительную ротяженность, и, по-видимому, во многом определяют процесс смешения струи с кружающим пространством, [ 6 ].

2. Возникновение возмущений в дозвуковых струях при продольном внутреннем акустическом воздействии

При продольном внутреннем акустическом возбуждении, производимым злучателем Гартмана, помещенным в форкамеру сопла, вихри образуются, как и в лучае внешнего поперечного воздействия, на кромке сопла при прохождении фазы аксимального сжатия в звуковой волне через выходное сечение сопла. Однако роцессы развития и взаимодействия вихрей в этих двух случаях происходят по-азному.

Фиг.21

Начальная стадия образования тороидального вихря в дозвуковой струе пр внутреннем продольном воздействии пилообразной звуковой волны конечно амплитуды показана в развитии на фиг.21. На начальном участке движений поперечны размеры вихря увеличиваются экспоненциально, на участке X * 1-4-3 их размеры н претерпевают заметных изменений, при дальнейшем развитии они разрушаются. Н фиг.21 (ё=60мм, 811=0,65; и=230м/с) показана цепочка таких вихрей. Через второ третий и четвертый вихрь этой цепочки прошла звуковая волна, образовавш ближайший к срезу сопла вихрь, но эта волна довольно большой амплитуды («170д не внесла значительных изменений в форму вихрей, через которые она прошла, т.е. н обнаруживается взаимодействие пилообразной звуковой волны с вихрями в дозвуково турбулентной струе. При внутреннем продольном акустическом возбуждени достаточно высокой интенсивности форма вихрей не зависит от частоты воздействия, их взаимодействие затруднено: осесимметричные тороидальные вихри представляю более устойчивые образования, чем косые несимметричные вихри сложной структурь образующиеся при внешнем воздействии, [ 5,6 ].

Фиг.22

3. Воздействие звука на вихри в турбулентных струях

Как отмечалось выше, вихри возникающие в струе при акустическом воздействии не огут не подвергаться действию звука, иногда достаточно интенсивного, вызвавшего их оявление. Понятно, что попытка воздействия на вихри в струях на частоте, отличной т частоты следования вихрей, приводит к образованию вихрей на этой частоте, озможности их взаимодействия с ранее образованными вихрями и излучения звука при аком взаимодействии. Имея ввиду возможность излучения звука вихрем в струе при го возникновении, развитии и разрушении, проблемы излучения вихрем собственного вука, излучение звука при акустическом воздействии и излучение звука при заимодействии вихрей в струях оказываются тесно связанными. Как показали роведенные опыты, взаимодействие звуковых волн конечной амплитуды с рбулентной струей происходит в очень небольшом пространственном и временном нтервале и связано, как представляется теперь, с действием звука на ламинарный одслой в сопле у его выходного сечения. Вызвавшая появление тороидального вихря вуковая волна, распространяясь вдоль струи, взаимодействует с ранее образованным ихрем, но при исследованных до сих пор значениях параметров струи и излучателей вука не удается обнаружить заметных изменений в структуре вихря, подвергающегося акому воздействию. Звуковая волна, проходя через вихрь, претерпевает на нем ефракцию в связи с неоднородностью поля средней скорости, вызванного рисутствием вихря (фиг.23), но при этом не удается обнаружить рассеянную волну и обственное излучение вихря. Это, разумеется, не означает, что эти эффекты тсутствуют, возможно их интенсивность недостаточна, чтобы обнаружить их спользуемым методом визуализации.

1 Фиг.23

Излучение звука отдельным вихрем в турбулентной струе связано с е возникновением, вовлечением в вихревое движение рабочего тела струи окружающего пространства, его перемещением при сохранении относитель постоянной формы (в случае сверхзвуковой конвективной скорости), возникновением развитием неустойчивости вихря и, наконец, его разрушением. Анализ более 20 теневых фотографий, полученных в проведенных опытах, пока не позволил обнаружи с достаточной достоверностью излучения звука отдельным вихрем в турбулентно струе. Надо однако иметь ввиду, что применяемый в проводимых исследования прямой теневой метод визуализации обладает наибольшей чувствительностью п отношению к градиентам давления в исследуемых процессах и поэтому позволя обнаружить только те звуковые волны, градиент давления в которых достаточно вели в частности, пилообразные волны. Поэтому даже достаточно интенсивн гармоническое излучение или излучение, обладающего сплошным спектром, не мож быть выявлено этим методом. Можно предположить, что кратковременный процес излучения звука при образовании тороидального вихря может быть выявле применяемым методом, но при акустическом способе генерации такого вихря эт эффекты, по-видимому, накладываются.

В рамках проведенных опытов не удалось также обнаружить результато воздействия пилообразных звуковых волн конечной амплитуды на только чт образованный в турбулентной струе тороидальный вихрь при внешнем поперечно акустическом воздействии (фиг.24). Уровни звукового давления на кромке сопла могу при этом достигать величины ~170дБ (т.е. -ОДатм), но сколько-нибудь заметног изменения структуры нижней части вихря, через которую уже прошел фронт звуково волны, по сравнению с верхней частью вихря, еще не подвергавшейся действию звук не удается выявить. Эти опыты, как и описанные выше опыты по исследован* влияния продольного акустического воздействия на тороидальный вихр подтверждают высказанное ранее утверждение, что вихревая и акустическ компоненты движения не взаимодействуют. Это утверждение во всяком случа справедливо для вихрей, находящихся на ранней стадии развития, при воздействии н них пилообразных звуковых волн при исследованных значениях уровней и частот звукового воздействия, [ 9 ].

Фиг.24

4. Излучение звука при взаимодействии вихрей в турбулентных струях.

Как известно, любое турбулентное движение жидкости в снимаемой среде орождает звук, а вихри при их взаимодействии создают локальные стадии и азрежения, распространяющиеся в виде звуковых волн [42]. Проблема, таким образом, аключается в возможности выявления излучения звука при взаимодействии вихрей при стечении струи на фоне шума от области турбулентного смешения, имеющего по уществу ту же природу. Достаточно убедительное, на наш взгляд, косвенное одтверждение существования такого излучения получено, например, при анализе труктуры звукового поля, создаваемого при истечении ламинарных и турбулентных труй и при лобовом соударении уединенных вихрей [ 43-45 ]. Проведенные опыты при дновременном продольном внутреннем и поперечном внешнем воздействии звука на озвуковую турбулентную струю, сопровождающемся образованием и взаимодействием олыдевого тороидального и косого вихря, представляют (фиг.25) прямое кспериментальное подтверждение излучения звука при взаимодействии вихрей: идимая на снимках звуковая волна достаточно высокой интенсивности (8РЬ«160дБ), сточник которой находится в слое смешения, - результат такого взаимодействия. То, то излучаемый звук в самом деле представляет собой результат взаимодействия ихрей, а не результат рассеяния звука на кольцевом вихре следует из результатов ассмотренных выше опытов по взаимодействию звуковых волн, образующихся в оркамере сопла, с тороидальными вихрями. (Следует отметить, что обнаружение явления рассеяния звука на вихре представляло бы не меньший интерес, но, ка отмечалось выше, наблюдаемое явление не связано ни с собственным излучением звук вихрем, ни с рассеянием звука на вихре).

Фиг.25

Предлагаемая трактовка наблюдаемого явления как результата взаимодействи вихрей, как представляется, затрагивает только внешнюю сторону событий. Можн предположить, что звук может излучаться при взаимодействии тороидального вихря неоднородностью в потоке, причиной которой не обязательно должен быть друго вихрь, а, например, препятствие в струе, вдув поперечной струи и т.д. Сам по себ установленный факт излучения звука при взаимодействии вихрей может, по-видимом служить подтверждением высказанного ранее [ 45 ] предположения, что излучени аэродинамического шума связано с влиянием вязкости, в частности, с вязко диссипацией кинетической энергии в тепло, сопровождающееся излучение изотропной звуковой волны (монопольное излучение). Именно такой характер имее наблюдаемое излучение звука, которое может быть связано с быстрым изменение характера вихревого движения в ходе рассматриваемого единичного события взаимодействия тороидального и косого вихрей в турбулентной струе. Сказанно затрагивает основную проблему аэроакустики - проблему о природе возникновени аэродинамического шума и хотя это предположение вызывает определенные сомнени (высказанные, например, Бриджесом и Хуссейном [43] ), необходимы дальнейши экспериментальные исследования, чтобы показать, насколько оно правомерно, [ 7,9 ].

4.5. Влияние полости в сопле на шум турбулентной струи

Известно, что высокочастотное периодическое воздействие на дозвуковую стр] может привести к уменьшению излучаемого ею шума [ 20 ]. Это объясняют тем, чт акое воздействие затрудняет образование или приводит к разрушению упорядоченных труктур, которые, как полагают, в той или иной степени связаны с излучением шума труями. Ранее в пп. 4.1 и 4.2 было показано, что при высокочастотном воздействии атруднено свободное развитие вихрей, осуществляющееся при низкочастотном оздействии, когда вихри не вступают во взаимодействие. Как и в случае сверхзвуковой труи (п.3.6), располагая полость небольших размеров на внутренней поверхности опла вблизи его выходного сечения, можно осуществить периодическое воздействие а струю наиболее эффективным способом - не используя внешние источники энергии, за счет автоколебательного процесса, реализующегося при обтекании полости (с строй задней кромкой) потоком. При этом лишь небольшая часть кинетической нергии потока преобразуются в колебательную, которая подводится непосредственно к аиболее чувствительной к такому воздействию части струи у кромки сопла. Опыты роводились в заглушённой камере с воздушными струями, истекающими из ходящегося конического сопла (с1=30мм, 7Сс=1,2-1,8) с полостью, размеры которой енялись с помощью набора вставок (фиг.26),одна вставка полностью заполняла олость, реализуя исходное сопло.

Д£, дБ

7 б 5 4 3 2 1 О -1 -2 а)

АщШ ПС Лдц,,

О и а

0 1.4 ш 1.6 ■

• 1.8 ■ I с 8

0.5 1.0 2.0

5.0

-Ъ

10.0

§20.0 /. кГц

Фиг.26

Акустические измерения проводились микрофоном типа 4136 В&К в точке, сположенной в дальнем поле струи (Д=2000мм, а=30°). Осуществляемое при текании полости потоком периодическое воздействие на струю сопровождается лучением дискретного тона с высокой частотой, интенсивнбстью и добротностью ри 7ГС>1,4 частота воздействия лежала в области ультразвуковых частот и не попадала исследованный диапазон частот). Такое воздействие на дозвуковую струю приводит, к правило, к уменьшению шума, излучаемого дозвуковой струей во всем исследуемом апазоне частот.

Уменьшение излучения широкополосного шума струей, истекающей из сопла с лостью, можно трактовать как результат ослабления влияния или устранения орядоченных структур. Однако, более вероятным представляется, что уменьшение ума в рассматриваемом случае-резульТат изменения осредненных и пульсационных характеристик в слое смешения струи, подвергающейся достаточно интенсивном периодическому воздействию, [ 3 ].

4.6. Расширение струи гелия под действием звука

Опыты по воздействию звука на гелиевую струю проводились со струям истекавшими из сходящегося сопла с диаметром выходного сечения <1=1 Омм пр изменении полного давления в форкамере сопла р0 в пределах от 1,2 до 2,0атм с шаго 0,2атм. Акустическое воздействие на струи осуществлялось с помощью газоструйног генератора Гартмана (£=5,5кГц), помещенного в параболический отражатель, пр нормальном падении звука на границу струи. Уровень звукового давления на кром сопла во всех опытах составлял «165дБ.

На фиг.27 приведены теневые фотографии струи гелия под действием звука (а невозмущенной струи гелия (б) и воздушной струи под действием звука (в) пр р0=1,2атм. Хотя отношение интенсивности звука на кромке сопла к полному давлению обеих струях в рассматриваемом случае постоянно и составляет «0,03% ( динамическому напору«8%), можно видеть, что под действием звука высоко интенсивности струя гелия расширяется быстрее, чем воздушная струя. Звуково давление в волне, проходящей через струю гелия, по-видимому, даже меньше, чем волне, проходящей через воздушную струю, из-за различия в акустическо сопротивлении гелия и воздуха и отражения звука при прохождении через границ воздух-гелий. Таким образом, представляется, что отношение интенсивност воздействующего на струи звука к полному давлению в струе (или к динамическом напору) в общем случае не может служить мерой воздействия звука на стру Отношение колебательной скорости в падающей волне к скорости струи в выходно сечении сопла в случае истечения гелия существенно меньше, чем в случае воздушно струи из-за значительно более высокой скорости истечения струи гелия при равны полных давлениях в форкамере сопла (при р0=1,2атм соответственно и=420 и 160м/с Представляется, что и эта величина также не может в общем случае служить меро воздействия звука на струю. Полученные в опытах теневые фотографии показываю что процесс возникновения и развития возмущений в струе гелия под действием звук высокой интенсивности при внешнем поперечном воздействии проходит иначе, чем воздушной струе с тем же динамическим напором.

Фиг.27

В воздушной струе, как уже отмечалось выше, при прохождении фронта звуковой олны через кромку сопла образуется отчетливый вихрь сложной формы (фиг. 19,а), з меняющийся при распространении вниз по потоку и взаимодействии с соседними ихрями.

Расширение воздушной струи под действием звука высокой интенсивности связано изменением поперечных размеров этого вихря. В струе гелия такое отчетливое ихреобразование не наблюдается, а возникшее возмущение затрагивает, главным бразом, (в отличии от воздушной струи) удаленную от излучателя границу струи. Сам акт возникновения довольно компактного возмущения при истечении струи гелия одтверждается излучением волн Маха таким возмущением при его перемещении вдоль блучаемой границы со сверхзвуковой конвективной скоростью (фиг.28).

Фиг.28

Это явление, наблюдаемое обычно при истечении воздушных струй под действие звука при достаточно больших сверхкритических перепадах давления на сопл оказывается возможным при истечении дозвуковой струи гелия (коэффициент скорост А,=0,98) из-за высокой скорости истечения струи гелия (в рассматриваемом случа «820м/с), существенно превышающей скорость звука в окружающем пространстве.

Под действием звука высокой интенсивности струя гелия расширяется горазд быстрее воздушной струи (фиг.29) - относительное изменение ширины струи гел] (разность между шириной струи, подвергающейся акустическому воздействию, шириной невозмущенной струи) в 1,5 - 2 раза превосходит аналогичную величину воздушной струе. Числа Струхаля акустического воздействия в рассматриваемом случа составляли 81т=0,08ч-0,17 для струи гелия и 8Ь=0,17ч-0,34 для воздушной струи. Ка отмечалось выше при воздействии на турбулентные струи пилообразных звуковых вол конечной амплитуды влияние числа Струхаля менее существенно, чем в случа гармонического воздействия и, кроме того,- в рамках проведенных опытов может быт сделано прямое сравнение двух струй, воздушной и гелиевой, при постоянном значени числа Струхаля. В самом деле, близкие значения скорости истечения (и соответственн чисел Струхаля) наблюдается для струи гелия с р0 = 1,2 и для воздушной струи пр р0- 2,0 (и=400т/с), но различие между поперечными размерами струй возрастает ещ больше. Относительно введения числа Рейнольдса в величину, характеризуют;} степень воздействия звука на турбулентные струи можно заметить следующее: фа возникновения вихря в турбулентных струях под действием пилообразной волн конечной амплитуды в момент, когда она проходит через выходное сечение сопла, по видимому, можно считать установленным. Это, в частности, означает, чт кратковременный процесс образования вихря связан с прохождением фронта звуково волны через пограничный слой, образующийся в сопле, вблизи выходного сечения что представляется особенно важным, через вязкий подслой пограничного слоя, гд влияние молекулярной вязкости может быть определяющим.

Представляется, что именно в этом чрезвычайно малом пространственном и ременном интервале и происходит процесс передачи энергии звуковых волн вихревому вижению под действием пилообразных звуковых волн конечной амплитуды. Акустическое сопротивление также, по-видимому, может быть включено в величину, арактеризующую степень воздействия звука на струи, но его влияние представляется енее вероятным, чем влияние Ле). Тот факт, что полученные результаты исследований о расширению гелиевой и воздушной струи при учете числа Яе ложатся на одну ривую показывает (фиг.ЗО) применимость указанного подхода, но, конечно, нужны аньнейшие исследования в этом направлении, [ 8 ].

О 1 2 3 4 5 6 71 Р8

Не Ро

Фиг.ЗО

§5. Заключение

Исследования, предпринимаемые с целью изучения действия периодическог возбуждения на ламинарные и турбулентные струи, позволяют выявить основны особенности процессов смешения и излучения шума такими струями. Среди различны методов периодического воздействия на струи акустическое воздействие занимае особое место, так как позволяет легко менять интенсивность, частоту и мест воздействия звука на струи, спектральные и фазовые соотношения в воздействующе звуковой волне, угол падения звука на струю, форму звуковой волны и т. Возможность такого изменения акустического воздействия позволяет использовать это метод не только как средство целенаправленного воздействия на аэродинамические акустические характеристики струй, но и как инструмент исследования процессо смешения и излучения шума струями. Почти все существующие представления механизмах воздействия звука на струи основываются на представление гидродинамической неустойчивости сдвигового слоя струи и струи в целом возникновении в струях организованных структур, обусловленных тако неустойчивостью. В большинстве проведенных исследований по воздействию звука н струи, как правило, используют звуковые волны сравнительно небольшо интенсивности. Приведенные выше результаты исследований были получены использованием звукового воздействия высокой интенсивности (пилообразны звуковых волн конечной амплитуды) - эта область аэроакустических взаимодействий д последнего времени оставалась сравнительно мало изученной. Такие исследования, н наш взгляд, позволяют несколько отойти от существующих традиционны представлений о влиянии собственной неустойчивости свободного сдвигового слоя струи в целом на развитие возмущений в струях. Среди полученных результато наиболее важным представляются следующие:

- излучение волн Маха возмущениями, образующимися в сверхзвуковых струях пр акустическом воздействии. Хотя излучение миниатюрных баллистических волн (вол Маха) возмущениями, перемещающимися со сверхзвуковой скоростью, давно извести излучение сверхзвуковыми струями волн Маха большой интенсивности на частот внешнего акустического воздействия не было ранее описано;

- интенсивность возмущений, возникающих в сверхзвуковых струях под действие звука, зависит от угла падения звука на струю: наибольшие возмущения возникают пр скользящем падении звука на струю, когда волновое число возмущенного движенз совпадет с волновым числом в звуковой волне (или с его проекцией на направлени движения возмущения). Это явление можно трактовать, как результат прямой передач энергии звуковой волны вихревому движению;

- при воздействии звука высокой интенсивности на нерасчетную сверхзвуковую стр> собственная ударно-волновая структура струи может быть разрушена, при это разрушается также известный Паулловский механизм излучения дискретного тона возникает новый механизм излучения дискретного тона, связанный с излучением вол Маха возникшими под действием звука возмущениями в струе; усиление звука сверхзвуковой струей при падении пилообразных звуковых волн онечной амплитуды - интенсивность излучаемой такой струей звука может ревосходить интенсивность звука в падающей волне на величину до 20дБ; под действием звука высокой интенсивности можно уменьшить излучение шума верхзвуковой струей в области низких частот; начальная стадия образования возмущений (вихрей) в дозвуковых и сверхзвуковых труях под действием звука высокой интенсивности не зависит от частоты воздействия; получено прямое экспериментальное подтверждение возможности излучения звука ысокой интенсивности при взаимодействии вихрей в дозвуковой турбулентной струе; отбирая небольшую часть кинетической энергии основного потока и преобразуя ее в олебательную энергию, можно добиться периодического воздействия на турбулентные труи и уменьшения излучаемого ими шума; высокоскоростные струи малой плотности в высокой степени подвержены оздействию звука высокой интенсивности и очень быстро расширяются; молекулярная вязкость (число Рейнольдса) представляется важным параметром, во ногом определяющим процесс взаимодействия звука с турбулентными струями.

Хотя в рамках выполненных исследований удалось получить ряд новых результатов, екоторые проблемы удалось только затронуть. Среди таких проблем, дальнейшее сследование которых позволит, на наш взгляд, расширить существующие редставления о механизмах воздействия звука на струйные течения, о механизмах роцесса смешения и излучения шума струями, можно кратко назвать следующие, зложенные в произвольном порядке (существо этих проблем следует из ассмотренного в настоящей работе): о прохождении возмущений через скачки уплотнения в нерасчетных сверхзвуковых труях; о возникновении скачка уплотнения перед тороидальным вихрем в осесимметричной труе; о влиянии формы звуковой волны (синусоидальной или пилообразной) на озникновение возмущений в дозвуковых и сверхзвуковых турбулентных струях; о зависимости инкремента нарастания возмущений в турбулентных струях от уровня укового воздействия; о влиянии числа Ке на восприимчивость турбулентных струй; о роли продольных вихрей (вихрей Гёртлера) в процессах смешения и излучения шума рбулентными струями; об излучении шума струй, возбуждаемой на собственной частоте неустойчивости вигового слоя; о влиянии начальной турбулентности на восприимчивость турбулентных струй к здействию пилообразных звуковых волн конечной амплитуды; плоская сверхзвуковая струя при акустическом воздействии; влияние интенсивных пульсаций давления в форкамере на отрыв течения в ерхзвуковом сопле; рефракция звука на вихрях; о подавлении вихреобразования в струях на высоких частотах;

39

•.■'.■ • ' . -.'.А.,.',

- об эволюции тороидального и косого вихрей в турбулентной струв;

- об излучении звука вихрями в турбулентных струях

По некоторым из названных проблем уже получены определенные результаты, н требуются дальнейшие исследования.

Литература

1. Пимштейн В.Г. 1989. О действии звука на сверхзвуковую струю. Известия АН ССС Механика жидкости и газа. No. 6. сс. 170-174.

2. Pimshtein V.G. 1994. Disturbance generation in supersonic jets under acoustic excitatio AIAA Journal 32. No. 7. pp. 1345-1349.

3. Пимштейн В.Г. 1995. О влиянии полости в сопле на шум турбулентной стру Акустический журнал 41. No. 3. сс.483-486.

4. Pimshtein V.G. 1995. On resonant features of supersonic jets at off-design flow regime JASA 97. No. 5. Pt. 1. pp. 2751-2753.

5. Pimshtein V.G. 1995. On spread and noise of turbulent jets under high-intensity acoust' excitation. Proc. Of ASME/JSME Conference on Fluid Mechanics. Westin Resort. SC. USA.

6. Пимштейн В.Г. 1994. Возникновение возмущений в дозвуковой турбулентной стр под действием звука высокой интенсивности. Известия АН. Механика жидкости и газ No 2. сс.104-111.

7. Пимштейн В.Г. 1996. Об излучении звука при взаимодействии вихрей в турбулентно струе. Доклады Академии Наук т. 349. No. 5. сс. 628-629.

8. Пимштейн В.Г. 1998. О расширении струи гелия под действием звука высоко интенсивности. Препринт ЦАГИ № 115.

9. Пимштейн В.Г. 1998. О генерации звука при взаимодействии вихрей в турбулентно струе. Известия АН. Механика жидкости и газа (принята к печати). Препринт ЦАГИ 116.

10. Pimshtein V.G. 1999. On sound amplification by a supersonic jet. AIAA Journal V.3 No.l.

11. Пимштейн В.Г. 1998. О прохождении звука через осесимметрическз сверхзвуковую струю. Известия АН. Механика жидкости и. Препринт ЦАГИ № 116.

12. Ginevsky A.S., Pimshtein V.G. and Vlasov E.V. 1989. Multifrequency acoustic excitatio of coherent structures of subsonic turbulent jets. Turbulence Investigation. 5th Europe-conference on the liquid matter state. Moscow. IPM AN USSR. pp. 133-136.

13. Власов E.B., Гиневский A.C., Пимштейн В.Г. 1989. Когерентные структуры аэроакустические характеристики дозвуковых турбулентных струй. Докл. UII Всесоюз Съезда по теоретич. и прикл. Механике. Москва, стр.83-84.

14. Власов Е.В., Гиневский А.С., Пимштейн В.Г. 1991. О воздействии звука большо интенсивности на дозвуковую струю. XI Всесоюзная Акустическая конференщ Москва. с.Ж. сс. 31-34.

15. Ginevsky A.S., Pimshtein V.G. and Vlasov E.V. 1992. Control of coherent structures an aeroacoustic characteristics of subsonic and supersonic turbulent jets. Proc. Of 14th AL* Aeroacoustic Conference. Aachen. Germany. V.2. pp. 672-678. Pimshtein V.G. 1992. Direct shadow method application to aeroacoustic interaction vestigation. Proc. Of UI Intern. Symp. On Flow Visualiz. Yokohama, pp. 183-187. . Власов E.B., Гиневский A.C., Пимштейн В.Г. 1993. Снижение шума сверхзвуковых рбулентных струй. Акуст. Журнал т.39. No. 5. сс.804-809. Власов Е.В., Гиневский A.C. 1967. Акустическое воздействие на аэродинамические рактеристики турбулентной струи. Известия АН СССР. Механика жидкости и газа. 0.4. сс. 136-138.

CrowS.C., Champagne F.H. 1971. Orderly structure in jet turbulence. Journal of . Fluid echanics. V. 48. No. 3. pp. 547-591. Власов E.B., Гиневский A.C. 1986. Когерентные структуры в турбулентных струях и едах. Итоги науки и техники. ВИНИТИ. Механика жидкости и газа. Т.20. М. сс. 3-84. . Артамонов К.И. 1982. Термогидроакустическая устойчивость М.: Машиностроение. 2 с. Борисов Ю.Я., Гынкина Н.М. 1975. Возбуждение высокоскоростных струй устическими колебаниями. Акуст. ж. 21. № 3. сс. 364-371. Власов Е.В., Гиневский A.C. 1973. Генерация и подавление турбулентности в есимметричной турбулентной струе при акустическом воздействии. Изв. АН СССР, ex. жидкости и газа. № 6. сс. 37-43. Власов Е.В., Гиневский A.C. 1980. Проблема аэроакустических взаимодействий, уст. ж. 26. № 1. сс. 1-12. Власов Е.В., Гиневский A.C., Каравосов Р.К. 1986. Влияние модового состава стических возмущений на аэроакустические характеристики турбулентной струи, уст. ж. 32. сс. 526-528. Герценштейн С.Я., Терещенко A.M. 1973. Устойчивость вихревых шнуров. Изв. АН СР. Мех. жидкости и газа. № 3. сс. 42-49. Гиневский A.C., Власов Е.В., Колесников A.B. 1978. Аэроакустические аимодействия. М.: Машиностроение. 177 с. Еремин Г.И., Кондратьев В.И. 1980. Акустическое воздействие на течение и спектр ма сверхзвуковых струй. Аэроакустика. М.: Наука, сс. 119-123. . Иванов H.H. 1970. Акустическое воздействие на корневую часть турбулентной уи. Изв. АН СССР. № 4. сс. 182-186. Исатаев С.И., Тарасов С.Б. 1971. О воздействии на струю акустического поля вдоль и струи. Изв. АН СССР. Мех. жидкости и газа. № 2. сс. 164-167. . Качалов Ю.С., Козлов В.В., Левченко В.Я. 1975. Генерация и развитие возмущений [ой амплитуды в ламинарном пограничном слое при наличии акустического поля, в. СО АН СССР. Сер. Техн. н. № 13/3. сс. 18-26. Kondratiev V.l., Rimski-Korsakov А.V. 1971. Investigation-of sound influence on a bulent gaseous jet. Proc. 7th Int. Cong. Acoust. Budapest. 4. 24N12 Budapest, pp. 473-476. . Кудряшов A.B., Мансфельд А.Д., Рабинович М.И., Сущик М.М. 1984. дуляционный механизм подавления турбулентности в сдвиговых течениях. Докл. АН СР. 277. №1.сс. 61-64. Лебедев М.Г., Теленин Г.Ф. 1974. Сверхзвуковая струя во внешнем акустическом ле. Известия АН СССР. Механика жидкости и газа. №. 2. сс. 105-113.

35. Павельев А.А., Цыганок В.И. 1982. Влияние акустики и режима течения пограничном слое на стенках сопла на слой смешения затопленной струи. Изв. / СССР. Мех. жидкости и газа. № 6. сс. 36-42.

36. Фурлетор В.И. 1969. О воздействии звуковых колебаний на турбулентную стр газа. Изв. АН СССР. Мех. жидкости и газа. № 5. сс. 166-171.

37. Crighton D.G. 1981. Acoustics as a branch of fluid mechanics. Journal of Fluid Mechani V.106. No. 2. pp. 261-298.

38. Hussain A.K. M.F. 1983. Coherent structures-reality and myth. Phys. Fluids. V.26. p 2816-2850.

39. Miles J.W. 1958. On the disturbed motion of a plane vortex sheet. Journal of Flu Mechanics. V.4. No.9. pp. 538-552.

40. Powell A. 1953. On the mechanism of a choked jet noise. Proc. Phys. Soc. London Ser. 66. pp. 1039-1056.

41. Pedelty J.A., Woodward P.R. 1991. Numerical simulation of the nonlinear kink modes linear stable supersonic slip surface. Journal of Fluid Mechanics. V.225. pp. 101-120.

42. Кляцкин В.И. 1966. Излучение звука системой вихрей. Известия АН ССС Механика жидкости и газа. No.6. сс. 87-92.

43. Bridges J.S., Hussain А.К. M.F. 1987. Roles of initial condition and vortex pairing in j noise. Journal of Sound and Vibration. V. 117. pp. 289-311.

44. Sarohia V., Massier P.F. 1978. Experimental results of large-scale structures in jet flo and their relation to jet noise production. AIAA Journal. V. 16. No.8. pp.831-835.

45. Minota Т., Kambe T. 1986. Observation of acoustic emission from head-on collision of t vortex rings. Journal of Sound and Vibration. V.lll. No.l. pp. 51-59.

Приложение 2

Фиг. 1,2 - На фотографии струя: ёс=20мм; М=2.0; п=0.8; 1^=8.5кГц; Ьс=160дБ; обозначения на графике: .1 - п=0.5; 2 - п=0.8; 3 - п=1.0; 4 - п=1.5; 5 - п=2.0; I -^6.5кГц; II - £=8.5кГц; III - £=11.8кГц. Здесь и в дальнейшем на теневых снимках направлению распространения звуковых волн соответствует направление от светлой полоски на фронте волны к темной. В данном случае источник звука располагается под струей.

Фиг.З - с!с=20мм; М=2.0; п=0.8; ^=8.5^4; ЬС1=164дБ; {2=11.8кГц; Ьс2=164дБ.

Фиг.4 - с!с=20мм; М=2.0; 1Ё=8.5кГц; П1=0.5; п2=1.5.

Фиг.5 - ёс=20мм; М=2.0; п=0.8; f=8.5кГц; Ьф=170дБ; Ьс=155дБ.

Фиг.6 - с!с=60мм; М=1.0; ^2кГц; р0 =1.9.

Фиг.7,8 - ас=20мм; М=2.0;.п=0.8; ^8.5кГц; а1=30о; а2=150°; Ьс=162дБ;

И«80мм, угол а отсчитывается от направления истечения струи.

I и 3 - ближняя граница, 2 и 4 - дальняя; I и 2 п=1,0; 3 и 4 п=0,8)

Фиг.9 - (1с=20мм; М=2.0; п=0.8; f=l 1 8кГц; а=150°; Я=80мм.

Фиг. 10 - ёс=20мм; М=2.0; п=2.0.

Фиг. 11 - с!с=60мм; М=1.0; р0=1.9; £=2кГц;

Фиг.12 - (1с=20мм; М=1.0; р0=3.7; ^=4кГц;

Фиг. 13 - сЦ=20мм; М=1.0; р0=3.7; £=4кГц; 1-8РЬ=158дБ, 2-8РЬ=150дБ; 3- невозмущенная струя.

Фиг. 14 - сЦ=20мм; М=2.0; п=0.8; 1- невозмущенная струя; 2- один излучатель, £=8,5кГц; 3- один излучатель, £=11,8кГц; 4- два излучателя.' Фиг. 19 - ё=20мм; ро1=1.4; р02=3,7; 8РЬ=160дБ; а=150°

Фиг.20 - ё=20мм; М=1.0; р0=1.4; 8111=2.0; 8Ь2=0.3; Ь=160дБ.

Фиг.21 - (^бОмм; М=1.0; р0 =1.4; £=1 .бкГц.

Фиг.22 - (1с=60мм; М=1.0; р0=1.4; £=2.5кГц.

Фиг.23 - с1с=60мм; М=1.0; р0=1.4; 1М.6кГц.

Фиг.24 - с!с=60мм; М-1.0; р0=1.4; ^.ОкГ; £=8.5кГ; Ь=170дБ.

Фиг.25 - (1с=60мм; М=1.0; р0=1.4; ^=2.5кГ; &=8.5кГ; а2=150°.

Фиг.27 - ас=10мм; М=1,0; е=5.5кГц; Ьс=165дБ; р0=1,2.

Фиг.28 - с!с=10мм; М=1.0; £=5.5кГц; Ьс=165дБ; ро=2,0.

Фиг.29 - (1с=10мм; М=1.0; в - ширина струи, ? = —,

Лицензия на полиграфическую деятельность Комитета по печати РФ ППД Л? 53-259 от 16 июля 1996г.

Диссертация, 1999, 1-44

Подписано в печать 19.04.99. Офсетная печать.

Бум. л. 2,75 Усл. печ. л. 5,5. Уч.-изд.л. 5,907. Тираж 60 экз.

Издательский отдел ЦАГИ. Зак. 4359