Диссертация (1150757), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Установление причин такого поведения давления в камере сгорания вданное исследование не входит.3.1Общий уровень звукового давленияСогласно методике обработки акустических сигналов, описанной в главе 2,на первом этапе определяется общий уровень звукового давления (ОУЗД), который представлен в данной части работы. Проведенные предварительные испытания, целью которых было определения акустических характеристик системыводоподачи без работающей двигательной установке, показали, что ОУЗД системы водоподачи не превышает 100 дБ.
Таким образом, акустическое поле, генерирующееся только системой водоподачи, слабо влияет на уровни акустическогодавления, которые создаются при работающей двигательной установке.653.1.1Испытания №1 и №2 («сухие» испытания)ОУЗД для всех микрофонов, установленных на модели РКН, в сравнениис давлением в камере сгорания двигательной установки, представлены на рисунке 3.1 для испытания №1 и на рисунке 3.2 для испытания №2. Из общеговида приведенных графиков видно, что в момент достижения давлением в камере сгорания максимального значения происходит резкое увеличение ОУЗД.Для испытания №1 такое повышение имеет более резкий характер, чем для испытания №2. В частности, у микрофона М1, установленного у среза сопла, зафиксирован обрыв записи, вызванный превышением выставленного предельногодиапазона в программном обеспечении.
Подобные превышения, но без обрывазаписи, наблюдались у микрофонов М2 и М4. В дальнейшем диапазон был выставлен на его максимальное значение, и запись производилась без сбоев.Анализ скоростной видеосъемки показал, что после достижения максимального давления в камере сгорания и при последующем его понижении истечениеструи сопровождается интенсивным свечением — химической люминесценцией [109].
Это свечения является результатом реакции горения недоокисленныхкомпонентов продуктов сгорания ( — окиси углерода и 2 — водорода в нашем случае) и кислорода, который содержится в воздухе. Вследствие турбулентной диффузии происходит перемешивание продуктов сгорания с кислородом,который содержится в воздухе, и в некоторый момент, когда выполнены концентрационные и тепловые условия, происходит возгорание. Опыт проведенияподобных испытаний показал, что догорание топлива чаще всего происходитименно при снижении давления в камере сгорания и как следствие при снижении расхода газа, что увеличивает интенсивность смешения на начальном участке струи. Струя на режиме работы без догорания и с догоранием для испытания №1 представлена на рисунке 3.3, а для испытания №2 на рисунке 3.4.
Здесьотчетливо видно, как меняется структура течения на этих двух режимах.66а. Микрофон M1б. Микрофон M2в. Микрофон M3г. Микрофон M4д. Микрофон M5е. Микрофон M6Рисунок 3.1: Зависимость ОУЗД (сплошная линия) и давления в камересгорания (штриховая линия) от времени для испытания №167а. Микрофон M1б. Микрофон M2в. Микрофон M3г. Микрофон M4д. Микрофон M5е. Микрофон M6Рисунок 3.2: Зависимость ОУЗД (сплошная линия) и давления в камересгорания (штриховая линия) от времени для испытания №268а) Без догорания топливаб) С догоранием топливаРисунок 3.3: Картина течения в испытании №169а) Без догорания топливаб) С догоранием топливаРисунок 3.4: Картина течения в испытании №270Также можно заметить, что до достижения максимума давления в камересгорания, ОУЗД меняется слабо. Согласно [73] представленная струя являетсявысокотемпературной (0 > 1000) и высокоскоростной ( /∞ > 3.5) и, соответственно, можно пренебречь излучением волн Маха и широкополосным ударным шумом.
Из этого можно сделать вывод, что основными источниками шума являются турбулентный шум и возможные дискретные составляющие. Мощность турбулентного шума высокоскоростной сверхзвуковой струи пропорциональна 3 [24,25]. Таким образом, несмотря на отсутствие участка с постояннымдавлением, мощность акустического излучения струи меняется слабо и некоторое расхождение показателей давления в камере сгорания между испытаниямине приводит к сильным погрешностям.Сравнивая результаты микрофонов для каждого испытания между собойможно сделать вывод, что на каждом поясе результаты идентичны, но для микрофонов М1 и М2 уровень на порядок выше, чем у микрофоном М3 – М6.
Такоеснижение уровня звукового давления по мере удаления поясов вызвано толькорассеянием звуковых волн.3.1.2Испытание №3 (с инжекцией воды под углом 0)На рисунке 3.5 представлен ОУЗД для всех микрофонов, установленных намодели РКН, в сравнении с давлением в камере сгорания двигательной установки, для испытания №3, в котором в блочную сверхзвуковую струю инжектируется вода под углом 0 . Также как и в «сухих» испытаниях №1 и №2,после достижения максимума давления в камере сгорания двигательной установки происходит увеличение ОУЗД, однако величина этого повышения значительно меньше.
Из анализа скоростной видеосъемки можно сделать вывод, чтопри достижении максимума давления в камере сгорания также происходит процесс догорания топлива. Струя на режиме работы без догорания и с догораниемдля испытания №3 представлена на рисунке 3.6. Помимо зоны яркого свечения,71а. Микрофон M1б. Микрофон M2в. Микрофон M3г. Микрофон M4д.
Микрофон M5е. Микрофон M6Рисунок 3.5: Зависимость ОУЗД (сплошная линия) и давления в камересгорания (штриховая линия) от времени для испытания №372а) Без догорания топливаб) С догоранием топливаРисунок 3.6: Картина течения в испытании №373где происходит догорание, видно, что взаимодействие водяных струй и струидвигательной установки происходит на расстояние ≈ 10 , что проявляетсяобильным испарением воды.
Видно, что подача воды не приводит к подавлениюпроцесса догорания топлива, но сильно снижает интенсивность горения.ОУЗД до достижения максимума давления в камере сгорания также меняетсяслабо, как и в испытаниях №1 и №2.3.1.3Испытание №4 (с инжекцией воды под углом 60)На рисунке 3.7 представлен ОУЗД для всех микрофонов, установленныхна модели РКН, в сравнении с давлением в камере сгорания двигательнойустановки, для испытания №4, в котором вода инжектируется под углом 60 .Видно, что участок до достижения максимального давления в камере сгоранияи после полностью идентичны, а значения ОУЗД имеет практически постоянноезначение.
Из анализа скоростной видеосъемки можно сделать вывод, что догорания топлива не происходит. На рисунке 3.8б изображено работа двигателяпосле достижения максимума давления в камере сгорания. Видно, что инжекцияводы полностью подавляет процесс догорания. На рисунке 3.8а изображенаработающая система инжекции воды под углом 60 .Из приведенного выше исследования динамики ОУЗД можно сделать вывод,что в дальнейшем анализе результатов проведенных испытаний целесообразнымявляется разделение работы двигательной установки на участок без догорания (сначала работы двигательной установки до момента достижения максимума давления в камере сгорания) и участок с догоранием топлива (с момента максимумадавления в камере сгорания до окончания работы двигательной установки). Ввиду того, что в первом участке, когда догорания нет, ОУЗД меняется слабо, можнодаже с некоторым разбросом давлений в камере сгорания с высокой точностью74а.
Микрофон M1б. Микрофон M2в. Микрофон M3г. Микрофон M4д. Микрофон M5е. Микрофон M6Рисунок 3.7: Зависимость ОУЗД (сплошная линия) и давления в камересгорания (штриховая линия) от времени для испытания №475а) Без догорания топливаб) С догоранием топливаРисунок 3.8: Картина течения в испытании №476определить эффективность инжекции воды в слой смешения.
А анализируя вторые участки определить влияние инжекции воды на процесс догорания топлива.3.2Спектральный анализДля детального анализа акустического поля и выявления источников шуманеобходимо провести спектральный анализ, который является вторым этапом вметодике обработки результатов акустических измерений, описанной в главе 2.3.2.1Локальный спектр акустической энергииПервым подэтапом спектрального анализа является исследование локальныхспектров акустической энергии для каждого из приведенных испытаний, которые представлены на рисунках 3.9 – 3.14 для всех микрофонов на модели РКН.По результатам предварительного анализа, в качестве базовой частоты в вейвлетпреобразовании использовалась 0 = 12.
Это позволило максимально детализировать полосу частот 300 – 600 Гц. Для наглядности графики сгруппированы помикрофонам, а значения величины акустической энергии = | (, )|2 представлены в логарифмическом масштабе.Из представленных спектров видно, что в Испытании №1 после достижениямаксимума давления в камере сгорания происходит резкий скачок акустическойэнергии на частоте ≈ 350 Гц, максимум которой с течением времени смещаетсяв высокочастотную область, тогда как давление в камере сгорания понижается.Появление этой дискретной составляющей, как отмечалось ранее, спровоцировало обрыв записи в микрофоне М1 (рисунок 3.9а).г. Испытание №4в. Испытание №3Рисунок 3.9: Локальный спектр акустической энергии (микрофон М1)б.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
