Методические указания к выполнению лабораторной работы на тему: «Испытания на воздействие акустических нагрузок»


Скачать 272.44 Kb.
НазваниеМетодические указания к выполнению лабораторной работы на тему: «Испытания на воздействие акустических нагрузок»
Дата публикации09.04.2013
Размер272.44 Kb.
ТипМетодические указания
userdocs.ru > Математика > Методические указания


МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

филиал “Восход”

Кафедра КиИЛА Хакимов Р.Р.

Методические указания

к выполнению лабораторной работы
на тему: «Испытания на воздействие акустических нагрузок»

по курсу: «Механические испытания»

Утверждено на заседании кафедры


протокол № ___________________

от “___” ________________ 2009 г.


г. Байконур 2009 г.

Аннотация
Методические указания предназначены для помощи студентам специальности 130900 в выполнении лабораторной работы по курсу «Механические испытания».

Лабораторная работа основана на закреплении знаний лекционного курса в изучении основных методов испытаний на воздействие акустических нагрузок.

Лабораторная работа позволяет студентам изучить принцип работы и устройство установок для создания звукового поля для проведения наземных акустических испытаний.

Содержание




Аннотация


2

Содержание

3

Основные обозначения

4

Введение

5

Цель лабораторной работы

6

1. Испытания на воздействие акустических нагрузок

7

2. Установки для испытаний

10

3. Генераторы акустических нагрузок

4. Виды акустических испытаний и методы их проведения

5. Практическая часть

16

20

21

6. Отчетность по лабораторной работе

22

Контрольные вопросы

23

Литература

24



Основные обозначения:
ЛА – летательный аппарат;

РД – ракетный двигатель;

КЛА – космический летательный аппарат.

Введение



Приступая к выполнению лабораторной работы, студент должен внимательно изучить лекционный материал по данной теме.

При выполнении работы первоначально необходимо разобрать методы испытаний в испытательных боксах, реверберационных камерах и каналах бегущей волны, а также устройство генераторов акустических нагрузок.

Лабораторная работа должны помочь студентам специальности 130900 лучше усвоить теоретический курс, читаемый по дисциплине «Механические испытания».
Целью данной лабораторной работы является закрепление знаний, полученных в теоретическом курсе «Механические испытания».

В результате изучения работы студенты должны разобраться с методами акустических испытаний: генерации акустического поля в испытательных боксах, реверберационных камерах и каналах бегущей волны, а также разобраться с принципом устройства и функционирования генераторов акустических нагрузок.

В конце работы предложены вопросы не только по содержанию лабораторной работы, но и по части лекционного курса, посвященного изучению испытаний на воздействия акустических нагрузок.

Результатом работы является защита лабораторной работы по вопросам изложенным в конце пособия и по лекционному материалу.

1. Испытания на воздействие акустических нагрузок

В последние десятилетия на стыке двух наук — аэро­динамики и акустики — образовалось новое научное направление — аэроакустика. Аэроакустика изучает проблемы аэродинамической гене­рации звука, его распространения и снижения шума.

Акустические испытания, т.е. испытания на воздействие шума (зву­кового давления), выделяются в специальный вид испытаний.

Акустические испытания могут преследовать две различные цели:

  1. Изучение восприимчивости исследуемых систем к воздействию звукового давления, т.е. способности систем эффективно реагировать на воздействие основных нагрузок (например, исследование характе­ристики демпферов, гасящих пульсации в бортовых системах).

  2. Определение фактической устойчивости или усталостной прочности и долговечности элементов конструкции под воздействием ин­тенсивных акустических нагрузок.

Воспроизведение действительных условий нагружения при акусти­ческих испытаниях представляет собой сложную задачу, так как аку­стические нагрузки имеют случайный характер и изменяются в весьма широком диапазоне частот. Создание универсального стенда, воспро­изводящего весь комплекс акустических нагрузок, оказалось практи­чески неосуществимым. Поэтому при наземных испытаниях имитиру­ются наиболее важные режимы нагружения. При этом предполагается, что, несмотря на физическое различие между искусственным шумом (на стенде) и шумом РД, пульсациями давления в турбулентном по­граничном слое в зонах отрывных аэродинамических возмущений и ко­леблющимися ударными волнами, они вызывают сходную вибрацион­ную реакцию конструкции.

При проектировании установок акустического нагружения и разра­ботке методик испытаний решаются следующие основные задачи:

  1. Разрабатываются источники интенсивного шума.

  2. Формируется требуемое акустическое поле вокруг объекта ис­пытаний.

  3. Разрабатываются измерительные системы.

Общие требования к акустическим стендам, предназначенным для испытаний конструкций ЛА и его элементов, сводятся к следующему:

— необходимо воспроизводить уровни акустических нагружений, близкие к эксплуатационным;

— параметрический ряд стендов должен обеспечивать проведение прочностных, контрольных и сертификационных испытаний как элементов, узлов и агрегатов ЛА, так и его систем и изделия в целом;

  • стенды должны позволять воспроизводить случайные широкополосные и узкополосные процессы акустического нагружения с задан­ной формой спектра в полосе частот 20 — 2000 Гц, а также создавать заданное распределение уровней звука на облучаемой поверхности;

  • как управление процессом нагружения объекта испытаний, так и сбор и обработка получаемой информации (звукового давления, вибраций, напряжения) должны быть автоматизированы. В условиях действия звукового давления в диапазоне от 150 до 170 дБ и выше в конструкции ЛА возникают значительные напряжения, которые могут вызвать устало­стное разрушение после даже кратковременного нагружения.

Наиболее распространенный вид усталостных повреждений обшивки от акустических воздействий — разрушение отдельных панелей, оболо­чек и подкрепляющих элементов, особенно в местах значительной кон­центрации напряжений вблизи заклепочных швов и отверстий.

В натурных условиях элементы конструкции ЛА подвергаются интенсивному акустическому нагружению на трех основных этапах: 1) старт; 2) выход на трансзвуковую скорость при подъеме; 3) спуск и торможение ЛА в плотных слоях атмосферы на этапе старта.

Мощное акустическое поле возникает от высокотемпературных струй газа, истекающих из реактивных двигателей, которые взаимо­действуют с окружающей средой и с частями наземного комплекса.

Шум от РД возникает в результате колебаний давления у пограничных слоев в результате взаимодействия высокоскоростной струи газа и окружающего воздуха.

Для определения звуковой мощности реактивной струи в зависимости от скорости истечения струи можно использовать следующие зависимости:



Здесь ρ — плотность газового потока струи; v — скорость истека­ющей струи относительно окружающего воздуха; ρ0 — плотность ок­ружающей среды; а0 — скорость звука в окружающей среде; D — ди­аметр сопла.

Из приведенных зависимостей видно, что интенсивность шума ис­текающей струи максимальна при работе двигателя на земле, когда скорость течения газов относительно окружающего воздуха достигает наибольшего значения.

С возрастанием скорости движения ЛА интенсивность акустиче­ского поля давления от реактивных двигателей на поверхности его корпуса снижается. Снижается и общий уровень вибраций элементов конструкции. Затухают низкочастотные упругие колебания ЛА, вы­званные резким выходом двигателей на режим.

С другой стороны, по мере роста скоростного напора повышается интенсивность вибраций, обусловленных пульсацией внешнего аэро­динамического давления.

На поверхности ЛА под турбулентным пограничным слоем наблю­дается случайное по пространству и времени поле интенсивных пуль­саций давления звукового диапазона частот. Уже сама турбулентность пограничного слоя в сжимаемом потоке является источником излуче­ния звуковой энергии. Однако интенсивность пульсаций давления на обтекаемой поверхности за счет акустического излучения турбулент­ности даже при больших числах Маха существенно меньше интенсив­ности псевдозвуковых пульсаций давления. Эти пульсации давления и являются основными источниками шума от пограничного слоя. За­висимости статистических характеристик пульсаций давления в турбу­лентном пограничном слое от аэродинамических параметров получают на основании результатов экспериментальных исследований. Указан­ные пристеночные пульсации давления относятся к случаю установив­шегося развитого турбулентного пограничного слоя на гладкой повер­хности при нулевом продольном градиенте давления.

Небольшой отрицательный градиент давления приводит к сильно­му уменьшению высокочастотных составляющих пульсаций давления, практически не оказывая влияния на низкочастотные пульсации дав­ления.

Положительный градиент давления (не приводящий к отрыву по­граничного слоя) вызывает рост низкочастотных составляющих, при этом не изменяются высокочастотные составляющие спектра, из-за че­го увеличивается среднеквадратичное значение пульсаций давления в турбулентном пограничном слое.

Наличие выступающих элементов при большом положительном градиенте давления приводит к срыву потока. В зонах отрыва наблю­даются интенсивные пульсации давления, превышающие пульсации давления в невозмущенном пограничном слое в 4—5 раз.

Возмущения турбулентного пограничного слоя возникают из-за по­явления скачков уплотнения и их интерференции. В области присое­динения скачков наблюдается увеличение пристеночных пульсаций давления по мере роста интенсивности скачка уплотнения. Шерохова­тость поверхности приводит к значительному увеличению пульсаций давления в турбулентном пограничном слое по сравнению со случаем гладкой обтекаемой поверхности.

В этих случаях среднеквадратичное значение пульсаций давления на поверхности ЛА за счет шероховатости может возрасти почти на порядок для гладкой поверхности.

Среднеквадратичное значение пульсаций давления зависит от ско­ростного напора:



Для установления условий акустического подобия аэродинамиче­ских потоков необходимо рассмотреть основное волновое уравнение, описывающее источники шума аэродинамического происхождения и распространения звука от этих источников:


2. Установки для испытаний

Звуковое поле создается в испытательных боксах, реверберационных камерах и каналах бегущей волны.

Принципиальная схема бокса для проведения акустических испы­таний показана на рис. 2.65.

Испытуемые изделия 4 располагают вокруг струи 3, истекающей из сопла реактивного двигателя 1 на монтажной раме 5. Для сброса га­зов за рабочим участком расположен диффузор 2. Параметры звуко­вого поля и реакции панелей обшивки контролируют при помощи мик­рофонов и тензорезисторных датчиков.

Как видно из схемы, интенсивным источником шума является вы­хлопная струя реактивного двигателя. Так, вблизи среза выхлопного сопла уровни шума составляют приблизительно 160 — 175 дБ. Такое интенсивное акустическое излучение реактивных струй связано с нео­днородностью структуры турбулентного потока и может рассматри­ваться как результат взаимодействия нестационарных объемов жидко­сти или турбулентных вихрей.



1. Акустическую мощность турбулентной струи определяют по формуле



2. Уровень суммарного шума в точке звукового поля, расположен­ной на расстоянии r от среза сопла под углом Q к оси струи, опреде­ляют по выражению



Фактор направленности l0lgФ, который представляет собой раз­ность между измеренным уровнем шума и уровнем шума в той же точке от фиктивного источника такой же мощности, как и исследу­емый источник, но излучающего звук равномерно во всех направле­ниях, определяют в соответствии с температурой Т и числом М струи; Q — угол между осью струи и направлением измерения шума; Δ — поправка, учитывающая влияние скорости полета ЛА:



Значение коэффициента п зависит от угла наблюдения Q (табл. 2.4).



В реверберационных камерах происходит отражение звука от сте­нок камеры, и звуковое поле вокруг объекта испытаний представляет собой интерференционную картину звуковых волн, т.е. возникает эф­фект резонансного усиления колебаний среды.

Реверберационная камера представляет собой помещение, стены которого оштукатурены с последующим железнением их и покраской тонким слоем. Толщина стен может достигать 80 см при уровне шума 170 дБ. В другом варианте стены реверберационной камеры могут быть облицованы плиткой. Такое помещение почти полностью (99%) отра­жает звуковые волны. В результате этого в камере создается диффуз­ное звуковое поле, т.е. поле, в котором все направления равнозначны и уровни звукового давления одинаковы в любой точке камеры.

Размеры камеры выбирают в соответствии с размерами объекта ис­пытаний. В среднем объем реверберационной камеры должен превы­шать объем испытуемого образца не менее чем в 8 раз.

Для того чтобы акустическое поле было более равномерным, каме­ры относительно небольших объемов (менее 1000м3) строят с непарал­лельными стенками, что способствует улучшению условий ревербера­ции звука. Угол скоса противоположных поверхностей относительно друг друга 5 - 10°.

Камеры большого объема (более 1000м3) обычно делают прямо­угольными. Для повышения диффузности поля в таких камерах иног­да применяют рассеиватели — жесткие клинья, устанавливаемые на внутренних поверхностях камер. Ориентировочно объем ревербераци­онной камеры можно определить из условия обеспечения нижнего ча­стотного диапазона измерений по формуле



где V — объем камеры; fн — нижняя граничная частота.

Более точный расчет размеров реверберационной камеры (длины d, ширины b и высоты h) производят по формулам:




Правильность выбранных размеров камеры оценивается исходя из
удовлетворения условия




В реверберационных камерах, как правило, испытывают полнораз­мерные конструкции ЛА. Генераторы звукового давления устанавли­ваются в разных местах внутри камеры или могут быть установлены вне камеры. Уровень шума, достигаемый в таких камерах, составляет 177 дБ. Управляемый спектр шума — от 40 до 1250 Гц, общий спектр шума — от 40 до 10 000 Гц. Такие камеры позволяют намного снизить потребную акустическую мощность, а также практически избежать воздействия сильного шума на обслуживающий персонал. Уровень шума около камеры имеет значение порядка 50 дБ.

Известные реверберационные камеры имеют объемы 50 — 5000м3 . Наблюдается тенденция к еще большему увеличению объема камер.

В состав реверберационных камер входят (рис. 2.66):

  • испытательный бокс;

  • препараторская;

  • система генераторов звука;

  • согласующие устройства (рупоры);

  • система питания генераторов звука сжатым воздухом;

  • система формирования и управления спектрами акустической
    нагрузки;

  • информационно-измерительная система;

— шумоглушитель для вывода рабочего тела звуковых генерато­ров.

При конструировании реверберационных камер суммарная акусти­ческая мощность источников шума в соответствующих частотных полосах должна быть распределена на минимальное количество согла­сующих устройств (рупоров). При этом должна достигаться высокая, эффективность излучения звука рупором, условием выбора геометри­ческих размеров которого является



где d — размер выходного сечения рупора; а — скорость звука; fкр — критическая частота рупора, ниже которой эффективность излучения резко падает.



Наибольшая эффективность излучения звука у экспоненциального рупора.

При этой форме поперечное сечение рупора увеличивается на оди­наковую процентную величину через каждую единицу его осевой дли­ны. Это приращение определяет нижнюю граничную частоту рупора.

На рис. 2.67 представлена зависимость процентного приращения по­перечного сечения на 1 см осевой длины от нижней граничной частоты. Так, например, чтобы получить нижнюю граничную частоту 60 Гц, пло­щадь поперечного сечения рупора надо увеличивать на 2% через каж­дый сантиметр его осевой длины. Эту зависимость можно представить и в виде формулы



где ^ К - приращение площади поперечного сечения, %.

Для приращений К, меньших 20%, и, следовательно, для гранич­ных частот, меньших 500 Гц, формула может быть представлена в сле­дующем виде:



В рупоре круглого или квадратного сечения диаметр круга или сторона квадрата должны увеличиваться на каждый сантиметр длины рупора на (К%)1/2. В рупоре прямоугольного сечения с постоянной вы­сотой ширина сечения должна увеличиваться на К % на каждый сан­тиметр длины рупора.

Для хорошего воспроизведения низких частот нужно также обес­печивать достаточные размеры выходного отверстия рупора — устья. Его диаметр должен быть не менее λгр/π. Следовательно, для нижней граничной частоты 100 Гц, для которой длина волны составляет 3,4 м, диаметр устья должен быть около 110 см. Для более низких граничных частот размеры устья рупора будут еще больше. В области низких ча­стот в полосе 25 < f < 100 Гц более эффективным является катеноидальный рупор.

Расчет рупора следует начинать, задавшись размерами устья по выбранной нижней граничной частоте, уменьшая сечение на К% на каждый сантиметр осевой длины до тех пор, пока не получим сечение, равное площади диффузора или диафрагмы звукового генератора. При этом в месте сопряжения сечения звукового генератора и рупора должны иметь одну форму. Если же форма сечения рупора отличает­ся от формы выходного отверстия звукового генератора, то сопряже­ние осуществляется с помощью промежуточной камеры. Интенсив­ность акустического поля в камере зависит от места расположения источников звука. При расположении источника на стене камеры сред­няя интенсивность звука в два раза, а при установке в углу — в четыре раза выше, чем при установке его в центре.

Для повышения равномерности звукового поля в камере прямо­угольной формы рекомендуется брать следующие соотношения ли­нейных размеров:



Так как в подобных камерах звуковые нагрузки обычно имеют ши­рокополосные спектры частот с неравномерной спектральной плотно­стью, на стендах необходимо создавать согласованное (программное) управление генераторами, формирующими спектр звуковых давлений. Это осуществляется при помощи многоканальной управляющей сис­темы (рис. 2.68).

Исходный сигнал звукового давления задается генератором белого шума 8, имеющего полосу частот 20 Гц — 20 кГц. Из этой широкой полосы при помощи фильтров устройства 9 выделяют ряд более узких полос, чаще всего 1/3-октавных. В каждой из полос уровень сигнала может регулироваться в пределах 40 — 60 дБ. Просуммированный на выходе фильтров формируемый сигнал поступает в параллельно включенные усилители мощности генераторов звука — сирен 3, 4, 5, создающих акустическое поле в боксе камеры 6.

В каждом генераторе шума предусмотрен независимый канал уп­равления сжатия воздухом, включающий обычные для воздухораспре­делительных систем устройства: электрозадвижку, дроссель, регуля­тор давления, воздушный фильтр, ресивер.

В качестве датчиков обратной связи в системе регулирования ис­пользуют микрофоны 13, устанавливаемые в контрольных точках бок­са. Для ввода в систему регулирования сигналы, поступающие от микрофонов, усиливаются и усредняются и, пройдя коммутатор 16, поступают в полосовой анализатор спектра 15, аналогичный по соста­ву анализатору устройства 9. Пройдя среднеквадратичный детектор 17, уровни сигнала в полосах с помощью мини-ЭВМ сравниваются с заданными уровнями, в результате чего вырабатывается сигнал кор­ректировки, поступающий на усилители задающих фильтров устрой­ства 9, благодаря чему автоматически поддерживается уровень звуко­вого давления в камере.

Достаточно хорошее приближение к заданным характеристикам акустического нагружения можно получить при использовании десяти микрофонов. Одно из основных достоинств такой автоматической си­стемы регулирования — быстрота настройки на требуемый режим ис­пытания объекта.

Обычно при таких испытаниях требуется измерять звуковое давле­ние, деформацию и вибрацию. Для этого в комплексе технологическо­го оборудования предусматривается система сбора, измерения и обра­ботки получаемых данных. Эта система должна контролировать сред­неквадратичные значения измеряемых величин в ходе эксперимента, регистрировать процессы на магнитной ленте и затем обрабатывать их на анализаторах.

Каналы бегущей волны (рис. 2.69) используются для испытаний элементов обшивки ЛА на акустическую выносливость в ближнем аку­стическом поле (граница зоны смешивания турбулентной струи) с на­правлением фронта распространения звуковых волн по касательной к поверхности обшивки.

Установка представляет собой туннельный канал (волновод) 4 с сечением прямоугольной формы. Размеры поперечного сечения кана­ла выбирают в зависимости от габаритных размеров испытуемых пане­лей, отношение ширины канала к высоте должно быть не менее 1:5. Испытуемую панель 6 устанавливают в рабочую часть блока 5 уста­новки заподлицо с внутренней поверхностью стенки канала.

Корпус волновода 4 установки выполняют железобетонным или полностью металлическим, сварной конструкции. Коэффициент зву­копоглощения стен волновода должен быть не выше 1,6%. Звуковые колебания в канале возбуждаются при помощи генераторов-сирен 2, устанавливаемых в головной части установки. Одно из главных требо­ваний воспроизведения бегущих волн — отсутствие отражения звука от стен канала и его торца. Для выполнения этого требования в кон­цевой части канала устанавливают звукопоглощающие клинья 7, кото­рые в некоторых случаях увеличивают длину установки до 10—15 м. Системы электрического и пневматического питания генераторов, уп­равления и измерительная примерно такие же, как и в реверберационных камерах. Уровень акустической мощности до 170 дБ.

Комбинированные установки сочетают преимущества реверберационной камеры и установок с бегущей звуковой волной. Они содержат систему акустических генераторов с рупорами, переходящими в сек­цию бегущей волны, обычно прямоугольного поперечного сечения, для испытания панелей при достаточно высоких уровнях шума и сле­дующую за ней реверберационную камеру для испытаний на меньших уровнях звукового давления объемных отсеков ЛА.

При необходимости на стенках реверберационной камеры иногда
ставят шумопоглощающие клинья, и тогда установка работает в режиме бегущей волны.

К недостаткам комбинированной установки можно отнести неблагоприятное влияние отраженных звуковых волн на характеристики по­ля в секции бегущих волн при относительно малых размерах оконеч­ной камеры.
3. Генераторы акустических нагрузок

В качестве генераторов акустических нагрузок могут применяться следующие устройства:

  1. Реактивные двигатели, где кинетическая энергия струи воздуха (га­
    за), истекающего из сопла, преобразуется в акустическую энергию.

  2. Электродинамические громкоговорители, с помощью которых можно получить практически любой спектр частот.

Принципиальная схема устройства электродинамического гром­коговорителя показана на рис. 2.70. В кольцевом воздушном зазоре магнитной цепи, состоящей из постоянного магнита 1 и магнитопровода 2, 3, 4, в радиальном направлении проходит постоянный маг­нитный поток. В этом зазоре помещается звуковая катушка 5, к ко­торой приложено переменное напряжение звуковой частоты.

Ток, проходя через катушку, взаимодействует с постоянным пото­ком и создает силу, приводящую в колебание катушку и скрепленную

с ней диафрагму (диффузор) 8. Диффузор, обычно бумажный, представляет собой конус, имею­щий в основании окружность или эллипс и прямую или криволи­нейную образующую. По внешне­му краю диффузор имеет гофри­рованный подвес 7. Назначение подвеса — создать диффузору возможность колебаться поршне-образно в более широком диапа­зоне частот и увеличить диапазон линейной зависимости сила — смещение диффузора. У своей вершины диффузор, а вместе с ним звуковая катушка удержива­ются в коаксиальном относитель­но зазора магнитной цепи поло­жении с помощью центрирующей шайбы 6. Эта шайба, также гофрированная, охватывает по внутренне­му контуру вершину диффузора и звуковую катушку, а по внешнему крепится к специальному кольцу.

Такие источники удобны при испытаниях радиоэлектронного обо­рудования. Основным недостатком такого источника является сравни­тельно невысокий (порядка 140 дБ) уровень звукового давления.

3. Сирены, в свою очередь, подразделяются на динамические и ста­тические. Работа динамической сирены основана на прерывании вра­щающимся ротором потока сжатого воздуха, проходящего через от­верстия статора.

Динамические сирены могут воспроизводить дискретный спектр частот и широкополосный спектр частот.

^ Генераторы с дискретным спектром частот. Основным элементом, генерирующим звуковые колебания, является вращающийся диск 2 (рис. 2.71) с отверстиями, установленный в струе воздуха, истекающего из сопел форкамеры 3. Число сопел в форкамере и шаг распределения по окружности соответственно равны числу и шагу распределения ана­логичных отверстий в рабочем колесе (диске 2). Попеременное откры­вание и закрывание отверстий приводит к резкому изменению газодинамических параметров струи и, следовательно, к возникновению пульсаций давления в горле ру­пора 1, которые возмущают зву­ковые колебания воздушной сре­ды. Частота звуковых колебаний зависит от частоты вращения ро­тора; низшая гармоническая со­ставляющая



Число отверстий в диске рабо­чего колеса и число отверстий в форкамере выбирают в соответст­вии с требующимся диапазоном частот для испытания. Геометри­ческие размеры форкамеры вы­бирают такими, чтобы заключен­ный в ней объем воздуха не создавал резонанса на нижней собственной частоте. Для уменьшения пуль­саций давления внутренние поверхности ее облицовывают звукопогло­щающим материалом. Рабочий диапазон давления воздуха в форкамере 104 — 3 *105 Па. Повышение давления свыше 3 *105 Па. нецелесообразно, так как интенсивность звука при этом увеличивается незначительно. Для поддержания заданной частоты в приводе генератора устанавливают дат­чик обратной связи 5, показания которого подаются на сравнивающее ус­тройство тиристорного привода 6, питающего электродвигатель 4. Точность поддержания частоты должна быть не ниже 1 — 1,5%.

^ Генераторы широкополосного спектра частот. Такие генераторы применяют для воспроизведения случайных процессов акустического нагружения. Они имеют несколько модулирующих дисков. У дисков разное число и размеры проходных отверстий для воздуха. Отверстия по окружности располагают с нерегулярным шагом. Во вращение ди­ски приводятся от отдельных двигателей. Для того чтобы процесс был нецикличным, отношение частот вращения дисков выбирают некрат­ным, при этом мгновенные комбинации положений дисков не повторя­ются в течение довольно длительного времени.

Генерирование звука в таких сиренах (рис. 2.72) происходит следу­ющим образом. При перепаде давлений между форкамерой 1 и рупо­ром 5 в проточном канале корпуса 7 сирены образуется струя воздуха, поперечное сечение которой вследствие вращения дисков изменяется от нуля (когда отверстия в дисках не совпадают) до некоторой теку­щей величины, случайно изменяющейся во времени. Так как парамет­ры струи вследствие модуляции ее ротором изменяются с большой скоростью, в горле рупора образуется система газодинамических им­пульсов давления, которые возбуждают звуковые волны с такой же случайной последовательностью, с какой изменяется площадь про­ходных отверстий в роторе. Отношение пневматической и акустиче­ской мощностей (КПД) в сиренах этого типа примерно 8 — 10%. Рабочий диапазон давлений воздуха перед ротором 5*104—3,5*105 Па. Недостаток сирен такого типа — сложность воспроизведения тре­буемого спектра шума и автоматического управления им. Этого недо­статка лишены генераторы с электродинамическим и электрогидрав­лическим приводом.

^ Статические (газоструйные) сирены. Принцип работы статиче­ских сирен основан на эффекте, заключающемся в том, что при про­дувании через коническое сопло потока воздуха со сверхзвуковой ско­ростью в воздушном потоке перед соплом создается периодическое распределение давления с участками нестабильности (рис. 2.73). По­мещая резонатор в эти участки, получают излучение звуковых волн в окружающее резонатор пространство. Статические сирены создают уровни звукового давления до 180 дБ и выше при широком диапазоне частот.

^ Электропневматические генераторы. Электропневматические ге­нераторы используются для создания высокоинтенсивных звуковых полей с управляемым широкополосным спектром частот. Такие гене­раторы подразделяются на высокочастотные и низкочастотные.

Акустическая мощность высокочастотных генераторов не превышает 30 кВт, а диапазон частот регулируемой части спектра 20 — 1200 Гц.

Мощность низкочастотных генераторов достигает 400 кВт в регу­лируемой части спектра 20 — 500 Гц.

В высокочастотном генераторе (рис. 2.74) основным элементом, создающим звук, является модулирующий клапан, состоящий из двух соосно установленных цилиндров: подвижного 5 и неподвиж­ного 6. В каждом цилиндре имеются концентрически расположенные щели для пропускания воздуха. Верхние концы цилиндров плотно со­единены между собой. Неподвижный цилиндр 6 при помощи элемента 15, формирующего проточный канал за модулятором, и трубки 2 за­креплен в центральной секции магнита 14.

Отличительная особенность этого генератора — наличие в по­движном цилиндре кольцевой пружины, выполненной в виде несколь­ких рядов щелей. Промежутки между смежными рядами щелей при осевой нагрузке имеют то же назначение, что и тороидальные кольца или балки. Промежутки между соседними щелями служат как бы стержнями между тороидальными балками. Подобного рода подвеска подвижной системы обеспечивает достаточно высокую соосность со­пряженной пары цилиндров и, следовательно, высокую устойчивость к износу. В нижней части подвижного элемента модулятора имеются обмотки катушки возбуждения 16. При взаимодействии протекающего в ней тока с магнитным полем в воздушном зазоре секции 7 и 14 по­стоянного магнита подвижный цилиндр начинает колебаться, изменяя площадь проходных сечений щелей в неподвижном цилиндре 6. Сте­пень перекрытия этих щелей определяет уровень звукового давления в горловине 4 генератора.

Магнитная система модулятора выполнена в виде замкнутого бло­ка, элементами которого являются секции 7 и 14 магнита, кольцо 12, диск 11 и соединительные стойки 8. Блок магнита закреплен во втул­ке 13, жестко соединенной с корпусом 1.

Для подвода воздуха к модулирующему устройству на внешней по­верхности втулки 13 предусмотрены прорези. Сжатый воздух подво­дится к генератору через патрубок 10 и фильтр 9. Основная часть его используется в модулирующем клапане, а относительно небольшая
часть расходуется на охлаждение катушки возбуждения. Охлаждаю­щий воздух проходит через кольцевую щель магнита и затем через трубку 2 выходит в горловину рупора 3.
4. Виды акустических испытаний и методы их проведения

Для изучения акустического воздействия на изделие проводят следующие испытания:

— наземные натурные непосредственно на изделии;

  • на открытом стенде с работающим двигателем;

  • в закрытых боксах с натурным источником шума;

  • в акустических камерах.

Наземные натурные испытания позволяют наиболее полно прибли­зиться к эксплуатационным условиям, а следовательно, обеспечить полную проверку прочности конструкции и функционирования борто­вого оборудования. Такие испытания являются заключительными в об­щей программе отработки КЛА на акустические воздействия. Недо­статком таких испытаний является их высокая стоимость, так как в те­чение всех испытаний двигатели, генерирующие акустическое поле, должны работать на максимальной мощности. Полетные условия аку­стического нагружения в наземных условиях практически не воспро­изводятся.

^ Испытания на открытом стенде с работающим двигателем более экономичны. На таких стендах можно испытывать крупные изделия. Ускорение испытаний и соблюдение требуемых уровней нагрузки в данном случае достигаются выбором положения испытуемых объектов относительно источника шума. Режимы испытаний устанавливают на основе натурных изменений звуковых нагрузок и деформаций в конт­рольных точках поверхности изделия.

^ Испытания в закрытых боксах позволяют получить более высокие уровни акустических нагрузок, чем на открытом стенде, в результате чего сокращается продолжительность испытаний. Недостатком этих испытаний является некоторое искажение звукового поля по сравне­нию с натурными условиями.

^ Испытания в специальных акустических камерах, где создаются ус­ловия, близкие к натурным, позволяют получать наиболее достовер­ную информацию о работоспособности испытуемого объекта. Однако ограниченный объем этих камер не позволяет проводить испытания крупногабаритных объектов.

После внешнего осмотра изделий и измерения параметров, предус­мотренных техническими условиями, изделия крепят на специальной оснастке с учетом допускаемых эксплуатационных положений. Нагру­жаемые изделия нужно испытывать с реальными механическими на­грузками или их эквивалентами.

Испытания проводят с одновременным воздействием на изделие заданного равномерного звукового давления и определенного спектра частот. Важное значение имеет состав акустического спектра мощно­сти источника звукового давления. Продолжительность испытаний определяется требованием программы испытаний и техническими ус­ловиями на изделие.

При испытаниях необходимо обнаруживать у изделий резонансные частоты, на которых амплитуда колебаний точек крепления макси­мальна.

По окончании испытаний производят внешний осмотр и измеряют па­раметры, указанные в программе испытаний и технических условиях.

5. Практическая часть

5.1. Определить объем реверберационной камеры и нижнюю граничную частоту fн, используя значения таблицы 1.

Таблица 1

NN п/п

вариантов

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Длина волны нижней граничной частоты колебаний λгр, м

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Максимальный размер испытуемого объекта lmaх, м*10-4

100

200

300

400

500

600

700

1500

2500

3500

4500

5500

5.2. Произвести расчет экспотенциального рупора используя λгр (из таблицы 1) и рисунок 2.67. Ответ оформить в виде таблицы с изменяющимся радиусом поперечного сечения рупора на 1 см его осевой длины.

Таблица 2

NN п/п

вариантов

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Диаметр диафрагмы звукового генератора d,cм*10-3

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Нижняя граничная частота fгр, Гц

100

200

300

400

500

60

70

150

250

350

450

550

6. Отчетность по лабораторной работе

Для защиты лабораторной работы занятий студент должен представить отчет, выполненный согласно ГОСТ. Объем отчета должен быть не более 10 листов формата А4, графически он может быть выполнен от руки или на принтере.

В отчете должны быть представлены:

- титульный лист;

- введение;

- изученный материал;

- практическая часть;

- заключение (вывод);

- список литературы.

Контрольные вопросы:


  1. Цели акустических испытаний.

  2. Основные задачи решаемые при проектировании установок акустического нагружения.

  3. Общие требования к акустическим стендам.

  4. Определение звуковой мощности реактивной струи.

  5. Влияние выступающих элементов и шероховатостей поверхности ЛА на пульсации давления.

  6. Испытания в испытательных боксах для акустического нагружения.

  7. Испытания в реверберационных камерах.

  8. Испытания при помощи многоканальной управляющей системы.

  9. Испытания при помощи канала бегущей волны.

  10. Генераторы акустических нагрузок.

  11. Виды акустических испытаний и методы их проведения.


Литература




  1. «Экспериментальная отработка космических аппаратов» под ред. Н.В. Холодкова, М., МАИ, 1994 г.



Похожие:

Методические указания к выполнению лабораторной работы на тему: «Испытания на воздействие акустических нагрузок» iconМетодические указания к выполнению лабораторной работы на тему: «Исследование...
Методические указания предназначены для помощи студентам специальности 130900 в выполнении лабораторной работы по курсу «Механические...
Методические указания к выполнению лабораторной работы на тему: «Испытания на воздействие акустических нагрузок» iconМетодические указания к выполнению лабораторной работы на тему: «Изучение центробежных стендов»
Методические указания предназначены для помощи студентам специальности 130900 в выполнении лабораторной работы по курсу «Механические...
Методические указания к выполнению лабораторной работы на тему: «Испытания на воздействие акустических нагрузок» iconМетодические указания по выполнению лабораторной работы на тему :...
Методические указания предназначены для помощи студентам специальности 1309 в выполнении лабораторной работы по курсу “Основы устройства...
Методические указания к выполнению лабораторной работы на тему: «Испытания на воздействие акустических нагрузок» iconМетодические указания к выполнению лабораторной работы на тему: «Методы...
Методические указания предназначены для помощи студентам специальности 130900 в выполнении лабораторной работы по курсу «Контрольно-испытательные...
Методические указания к выполнению лабораторной работы на тему: «Испытания на воздействие акустических нагрузок» iconМетодические указания к выполнению лабораторной работы
Безопасность жизнедеятельности: Методические указания к выполнению лабораторной работы «Исследование естественного освещения в рабочих...
Методические указания к выполнению лабораторной работы на тему: «Испытания на воздействие акустических нагрузок» iconМетодические указания к выполнению лабораторной работы «Исследование...
Безопасность жизнедеятельности. Методические указания к выполнению лабораторной работы «Исследование метеорологических условий производственной...
Методические указания к выполнению лабораторной работы на тему: «Испытания на воздействие акустических нагрузок» iconМетодические указания к выполнению лабораторной работы №3 «Исследование...
Методические указания к выполнению лабораторной работы «Исследование искусственного освещения в рабочих помещениях» для всех специальностей...
Методические указания к выполнению лабораторной работы на тему: «Испытания на воздействие акустических нагрузок» iconЛабораторная работа 2012. Фэф часть 1
Перед выполнением лабораторной работы необходимо изучить «Методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплине «Статистика»,...
Методические указания к выполнению лабораторной работы на тему: «Испытания на воздействие акустических нагрузок» iconМетодические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Экономика предприятия»
Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Экономика предприятия» на тему: «Расчет издержек производства и...
Методические указания к выполнению лабораторной работы на тему: «Испытания на воздействие акустических нагрузок» iconМетодические указания к выполнению лабораторной работы по курсам...
Цель работы: ознакомиться с диаграммами состояния реальных двойных систем и приобрести практические навыки изучения превращений,...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2020
контакты
userdocs.ru
Главная страница