Die Messung der Unsteady Flächenpressung eines Remote-Mikrofon-Sonde

Der Fluidfluss über Oberflächen führt in der Regel zu Unsicherheit und Turbulenzen, die in unstabile Unterdruck (USP) zur Folge haben. Strömungsinduzierten Geräusche und Vibrationen sind oft ein direktes Ergebnis dieser Unbeständigkeit. Der abgestrahlte Schall erzeugt durch Lüfter, Propeller und Windkraftanlagen werden von Quellen dominiert USP ¹ bezogen. Messungen der räumlichen und zeitlichen Eigenschaften der USP in turbulenten Strömungen sind in der Regel erforderlich, um den abgestrahlten Schall zu prognostizieren.

Die statistische Charakterisierung von USP wird in der Regel in Form von auto-Spektraldichte gegeben, Zweipunkt Quer Spektraldichten und räumliche Korrelationsfunktionen ^{2, 3.} Der Frequenzgang kann je nach Anwendungsfall erforderlich variieren. In vielen Windkanal-Anwendungen, eine Antwort von 10 kHz bis 20 kHz reicht. Die kleinen Skalen der turbulenten Bewegung erfordern oft Erfassungsbereiche und Sensor weniger als 1 mm zu sein Abstand.

Extensive experimentelle Studien wurden zur Erzielung turbulenzbedingten Druckschwankungen durchgeführt. Eine direkte Methode verwendet Putz-eingebetteten Sensoren. Bei diesem Verfahren wird oft große Anordnungen von Mikrofonen, denn jeder Sensor nur die Druckschwankung an einem diskreten Punkt messen kann. Typische Sensoren in diesem Verfahren verwendet werden , sind piezoelektrische Wandler, vorgeschlagen von Gautschi ^4. Arrays von piezoelektrischen Sensoren kann teuer sein, und der Frequenzbereich der Messung ist oft weniger als 10 kHz.

Direkte Aufputz Mikrophone werden oft als kostengünstige USP Sensoren ⁵ eingesetzt. Mikrofone haben eine hohe Empfindlichkeit, die einen wesentlichen Vorteil für die Low-Speed-Flows ist. Dies führt jedoch auch zu dem Risiko der Sensor Sättigung, wenn große Amplitudenschwankungen des Drucks vorhanden sind. Diese Methode ist nicht geeignet für Oberflächen mit großen Krümmungen, Diskontinuitäten oder Geometrien, die zu dünn sind, um den gesamten Sensor enthalten.

<p class= "jove_content"> Eine indirekte Methode für beide spektrale und räumliche Informationen zu erhalten , ist dünne Membranen Putz auf eine Oberfläche ⁶ zu verwenden. Die zeit- und raumabhängigen Schwingungsbewegungen werden gemessen und dann umgewandelt Druck Statistiken mit bekannten mechanischen Eigenschaften der Membran an die Oberfläche. Diese Methode erfordert eine sorgfältige Planung, Ausführung, und eine genaue Kalibrierung der dynamischen Reaktion der Membran. Zusätzlich sind die Schwingungsmesstechnik, wie beispielsweise Laser-Doppler-Vibrometer, teuer. Schließlich kann dieses Verfahren nur auf ebenen Oberflächen aufgebracht werden.

Haftlack (PSP) ist eine weitere Technik, die verwendet werden kann, die unstabile Unterdruck zu messen. Diese Technik erfordert die Oberflächen in einem transparenten Polymerbindemittel beschichtet werden, die innerhalb der Moleküle führt zu einem höheren Energiezustand angeregt werden, da sie durch Licht einer bestimmten Wellenlänge beleuchtet werden. Da die Moleküle Sauerstoff Abschrecken unterzogen, ist Energie remit einer Rate proportional zum Sauerstoffpartialdruck als Licht geleasten, was zu Lumineszenz, die dem Oberflächendruck ⁷ umgekehrt proportional ist. Der größte Nachteil an PSP Verfahren ist die relativ geringe Empfindlichkeit der Messung, wenn sie Mikrofone verglichen. Dies begrenzt die Anwendung der PSP zu relativ hoher Geschwindigkeit fließt.

Die vorliegende Mitteilung beschreibt ein Verfahren zur USP, die eine Remote-Mikrofon-Sonde (RMP) verwendet. Diese Methode wurde zuerst von Englund und Richards ⁸ beschrieben. Das Konzept verwendet ein Standard-Kleinmikrofon, das an der Oberfläche Druckarmatur mit einem Hohlrohr verbunden ist. Der schwankende Druck an der Modelloberfläche in der Form von Schallwellen in den Schlauch fahren. Die Schlauch wirkt als "Wellenleiter", um das Mikrofon zu ermöglichen, die auf den Schlauch senkrecht montiert ist, die Schallwellen zu messen. Die Wellen dann in eine andere Röhre weiter, die lang genug ist, mit großer Amplitude akustische r zu beseitigeneflections.

Englund und Richards angewendet , um einen analytischen Ansatz umrissen von Bergh und Tijdeman ⁹ , um die Dynamik des RMP zu bestimmen. Perrenes und Roger ¹⁰ verwendet , um eine RMP Oberflächendruck über einen zweidimensionalen Strömungsprofils mit Hochauftriebsvorrichtungen zu messen. Sie entwickelten eine Sonde mit einem Durchmesser von 0,5 mm Kapillarrohr an der Oberfläche, die zu einer 27 cm langen starren Rohr verbunden wurde, die von 0,7 mm bis 2,5 mm über zwei getrennte Stufenänderungen erweitert. Jeder Schritt Änderung verursacht eine relativ große Änderung in der akustischen Impedanz des Rohres. ¹¹ Leclercq und Bohineust studierte die Wanddruckfeld unter einer turbulenten Grenzschicht. Sie benutzten einen konstanten Durchmesser RMP, wie von Franzoni und Elliott ¹² vorgeschlagen. Jedoch war die dynamische Reaktion hoch genug, nur in einem begrenzten Frequenzbereich. Arguillat et al. ¹³ eine RMP entworfen um das Rauschen zu dem Inneren eines Fahrzeugabteils übertragen zu studieren. Sie testetenverschiedene Rohre, die die Druckschwankungen auf die Mikrofone zu leiten. Yang et al. ¹⁴ für die Schlauchverzerrung korrigiert durch einen Rohrübertragungsfunktion Ansatz, der dem in diesem Bericht führte ähnlich ist. Hoarau et al. ¹⁵ untersuchten die Wanddruckverlauf hinter einem abgetrennten Bereich. Die RMP, die sie entworfen hatte konstanten Innendurchmesser und der Schlauch war völlig nicht starr.

Nach den bisherigen Untersuchungen erhalten die Genauigkeit der Oberflächendruckmessungen RMPs Verwendung ist vor allem abhängig von der Bestimmung der frequenzabhängigen Übertragungsfunktion der Sonde, die den Oberflächendruck an dem Mikrofon Druck bezieht. In den folgenden Abschnitten wird eine RMP Geometrie beschreiben, die sowohl einfach als auch wirksam ist. Experimentelle und analytische Verfahren werden in der Reihenfolge eingeführt und validiert werden, um genau die dynamische Reaktion des RMP bestimmen. Das Analysemodell ermöglicht eine RMP o zu seinin der Planungsphase für eine potenziell breite Palette von Anwendungen ptimized.

RMPs kann verwendet werden, um Druckschwankungen über einen weiten Bereich von Frequenzen gemessen werden. Die relativ hohe räumliche Auflösung können detaillierte Informationen über die Merkmale des räumlich verteilten instationären Druckfeld ¹⁶ bieten. Da die Sonde klein ist, kann RMPs Druckschwankungen über komplexe Geometrien, wie beispielsweise große Krümmungen oder geringem Abstand ¹⁷ zur Messung verwendet werden. Zusätzlich kann das Rohr die Oberfläche berühren und die Mikrofonsensorverbindungs ​​reduzieren die Größe der induzierten Druckschwankungen am Mikrophon. Auf diese Weise erhält man die richtige Gestaltung von RMP Sensorgeometrie und Parameter ein Verfahren zur USP Eigenschaften zu erhalten, die deutlich weniger restriktiv sind, wenn sie im Vergleich zu Unterputz das Mikrofon direkt an der Oberfläche des Modells.

Struktur der RMPThe allgemeine Struktur des RMP ist in Abbildung 1 gezeigt </strong>. Die RMP besteht aus einem Rohr von der Modelloberfläche zu einer Expansionsabschnitt führenden und einem zweiten Rohr von dem Expansionsabschnitt zu einer Verlängerung "Wiege". Ein drittes Rohr wird dann als anechoic Beendigung handeln verbunden. Die Wiege ist eine bearbeitete Kunststoffkomponente für das Gehäuse des Mikrofons und die Rohrverbindungen verwendet. Die Einzelheiten des RMP-Struktur kann für verschiedene Versuchsbedingungen eingestellt werden. Der Zweck des zweiten, im Durchmesser größeren Rohr ist der relativ voluminöse Mikrofon und Wiege zu ermöglichen, von dem Punkt der USP-Messung angeordnet zu werden weiter, ohne die Messempfindlichkeit verringert wird. Dieser zweite Schlauch kann beseitigt werden, wenn es nicht erforderlich, und der Expansionsabschnitt ist, kann in der Halterung eingebaut werden. Die schalltoten Beendigung wurde aus weichem Kunststoff, die in etwa 2 bis 3 m in der Länge war.

Für diese Demonstration wurde das Design des RMP optimiert für die Messung von Oberflächendruckschwankungen unter einem turbulent Grenzschicht ohne Strömungs Druckgradienten, wie in Figur 2 gezeigt. Das zweite Rohr eliminiert wurde. Die Wirkung der beiden unterschiedlichen Längen der ersten Röhre beobachtet. Das erste Rohr war aus rostfreiem Stahl mit einem Innendurchmesser von 0,5 mm und einem Außendurchmesser von 0,81 mm hergestellt. Die Längen des ersten Rohrs waren 5,35 und 10,40 cm. Der Innendurchmesser des Einlasses der Expansionsabschnitt, der in die Halterung eingebaut wurde, betrug 0,5 mm, und der Innendurchmesser des Austritts betrug 1,25 mm, der dem Innendurchmesser des Ableitungs Beendigung identisch war. Der Winkel des Expansionsabschnitts betrug 7 °. Es war ein Loch in der Docking-Station mit einem 1,25 mm Durchmesser, um den Expansionsabschnitt mit dem schalltoten Beendigung reibungslos verbinden. Der Erfassungsbereich wurde auf die 1,25-mm-Loch durch eine senkrecht 0,75 mm Bohrung verbunden.