Файл: Римский-Корсаков А.В. Электро-акустика.pdf

р и 0 = з S0

легко

получить, что разность

давлений ,

при

которой

"Ц^Цтах,

р а в н а

примерно 0,7 атм:

р и 0

= j S 0 = рс;

v0

= с — (2Д Р/р) 1

(5.14)

Л Р = рс 2 / 2 = у Р 1 / 2 = 0

1

разностях

давлений

Этот р е з у л ь т а т

неточен,

ка к при таких

та к,7Р

следует

уж е учитывать

'сжимаемость

воздуха . Однак о

качественно

результат верен: пневматический излучатель имеет

м а к с и м а л ь н ы й

кпд при вполне

определенной

разности

давлений . Пр и учете

с ж и ­

маемости

и инерции воздуха

в к л а п а н е

расчеты становятся

более

громоздкими . Исходные уравнения п р и н и м а ю т вид:

ldv/dt + v2r/2=[yPl0/(y-l)pT]

[ ( P I O / P t ) ( v _ 1 ) / Y - 1 ]

- f t / p i

J

( 5 1 5 )

y 2 - t ; ? = 2 [ y P 2 o / ( Y - l ) p 2 ] [ ( P T / P 2 o ) ( Y _ I U v - l ] - 2 p 2 / p 2

('

Здесь vT

— скорость

потока в патрубке;

v—скорость

потока

в ще ­

ли клапана;

v0 — ее постоянная

с о с т а в л я ю щ а я ;

Рю,

— статисти­

ческие д а в л е н и я в

баллоне и в атмосфере

соответственно;

р\, рг —

Р20

акустические р е а к ц и и на

патрубок со стороны баллона

и

рупора

соответственно;

p i » p T

и рг — плотности

воздух а в

баллоне

и ат­

мосфере; у — п о к а з а т е л ь

а д и а б а т ы ; / — длина

патрубка .

С помощью

того ж е приема

линеаризации, к а к и в упрощенном

случае,

можн о

получить

в ы р а ж е н и я

дл я мощности

и кпд:

Л ж =

у

Ы ^ ^ Хv

/

Я ;

ri =

Y(S 0 /S3

2 ) a 2 /H/S

]2

j

B=(kl)\S0lST)XP2B/Pl0r-'

+ 6 4 ^ т

/ 9 я + {М + S0 /S2 + ^S T c 3 /2n C l )

(5.16)

/ з е с ь со — частота;

с ь

с% — скорости звука

в

баллоне

и в

рупоре;

А- = Di ''с2 ;

S T — сечение

патрубка ;

So — среднее

сечение

щели;

ао —

коэффициент модуляции

сечения

щели, та к

что a 0 = Sm /S0 ; aoS0

—

амплитуда

изменения

сечения

щели; S2 — сечение

горла

рупора;

Если Ы и &2 ST

много

меньше

единицы, то

т, «

у ( s « / 5 2 ) а\ М (М + S0 /S2 ) Л

(5.17)

тора,

в р а щ а ю щ е г о с я

с

м а л ы м

зазором в-

цилиндрическом

корпусе

(рис.

5.2а).

В

этом

случае отсутствует

постоянное

давление,

п р и ж и м а ю щ е е

ротор

к

статору.

Это

позволяет

уменьшить

зазор

межд у

ними

и

снизить

утечку

воздуха.

П о д а ч а

воздуха может осуществляться и внутрь

ротора,

а

излучающий

рупор

з а б и р а е т

модулированный

поток

с

н а р у ж н о й

по­

верхности

статора .

Такое

расположени е

удобно,

если

необходимо

излучать

звук

равномерно

во

все

стороны,

р а с п о л о ж и в

несколько

рупоров

по

окружности

моду­

лятора

(рис. 5.26"). И з

ф-лы

(5.17) следу­

ет, что пне.вмоакустпческий

кпд

м о ж е т

достигать величины т\тах=уо(.2)

/4, что при

максимально

возможном

<хо=1.

д а е т

Цтах ~ 0,35, а мощность при этом

соста­

вит 0,125

p 2 C 2 3

2

c / S 2 ) 2 ( ' S m

2

В

одном

из образцов

мощного сигнального

аппара ­

5

( 5

/ 5 2 ) .

та на принципе

такой

пневматической

си­

рены

оказалос ь

в о з м о ж н ы м

достичь

кпд

^0,27 .

И з л у ч а т е л ь

рассчитан

на

д и а п а ­

зон частот 50—500 Гц, при числе оборо­

Pwc. 5.2. Пневматические си­

тов

ротора

в минуту

от

375

до 3750 и

рены:

восьми

отверстиях на нем. Сечение

горла

а — роторная сирена с по­

рупора

19,6

см 2 ,

расход

воздуха

при

дачей воздуха с

внешней

Р І О = 1 , 5

атм

составляет

1,4

м 3 / с

стороны ротора; б — то же,

с подачей воздуха с внут­

П р и

помощи такого излучателя

удает ­

ренней стороны; в — то же,

ся получить

до 4 кВт акустической

мощ ­

со скользящим золотником

ности. Р а с п о л а г а я

восемь

рупоров

вокруг

такого

модулятора,

можн о

получить

мощность около

30 кВт. Р а с ч е т

дальности

слышимости

сигнала

ной плоскости, з а т у х а н и я и

температурной

рефракции звука в

атмосфере показывает, что излучатель может

быть

услышан при

тихой погоде на расстоянии

д о 8—10 км.

Модулятор с возвратно-поступательным

движением

Цилиндрический модулятор м о ж е т быть

сделан

с к о л ь з я щ и м

ности и по окружности

статора (см. рис. б . 2е) .

М о д у л я ц и я сжатого воздуха происходит при

колебательном

движении

м о д у л я т о р а

вдоль оси. Т а к а я конструкция применяется

в .мощных

сигнальных

корабельных

излучателях .

Периодическое

движение

модулятора

осуществляется

с п о м о щ ь ю

поршневой ма-

шины, аналогичной двигателю пневматического

отбойного

молот ­

ка .

Поршень' и

золотниковое

устройство

составляют

одно

ц е л о е

с модулятором, и этот двигатель питается тем

ж е с ж а т ы м

возду­

хом,

что

и м о д у л я т о р излучателя . Д л я целей

технических испыта­

ний,

при

которых необходимо

м е н я т ь

частоту

в з а д а н н о м

д и а п а ­

зоне или получить шумовой сигнал, в качестве

д в и г а т е л я

приме ­

няется электродинамический

п р е о б р а з о в а т е л ь ,

п о д в и ж н а я

к а т у ш ­

ка которого жестко с в я з а н а с

м о д у л я т о р о м .

К а к видно из (5.16), и з л у ч а е м а я

пневматическим

излучателем'

мощность пропорциональна к в а д р а т у

коэффициента модуляции

се­

чения вентиля.

Поэтому д л я

получения

частотнонезависимой

х а ­

чает,

что механическое

сопротивление подвижной

системы д о л ж н о

быть

чисто

упругим . З а д е м п ф и р о в а в п о д в и ж н у ю

систему достаточ­

но сильно,

можно, к а к

это обычно делается, в ы б р а т ь собственную

частоту

несколько

ниже

верхней частоты (сов )

рабочего

д и а п а з о н а .

П р и допуске неравномерности характеристики

± З д Б

резонансная!

частота

( с о о )

может

быть вдвое

н и ж е верхней

частоты

диапазона'

('Соо=0,5 с о п ) ,

а к о э ф ф и ц и е н т затухания при этом

д о л ж е н

составлять

0,7 соо.

П р и

этих условиях гибкость системы составит

с = 4 / (fttco2 ,).

При массе

подвижной

системы 100 г и верхней

частоте

д и а п а з о н а

6000 рад/с

( ~ 1000 Гц)

гибкость

составит

около

1 0 _ 6 м / Н ,

и

д л я

получения

амплитуды

колебаний

в 0,5 мм потребуется

на большей,

части д и а п а з о н а с и л а

около 500 Н

(ускорение

~ 5 0 0 | г ) .

П о м и м о

того, что

электродинамический

преобразователь,

р а з ­

вивающий

силу в 500 Н, является

весьма г р о м о з д к и м устройством,,

его п о д в и ж н а я к а т у ш к а

вместе с

модулятором

д о л ж н ы

быть

особо

прочными,

чтобы в ы д е р ж и в а т ь столь б о л ь ш и е

ускорения .

Золот ­

ник д о л ж е н

иметь

большое число узких щелей

д л я

у м е н ь ш е н и я

тиля . О д н а к о чрезмерно узкие щели

приводят к

большим

потерям

на трение воздуха о стенки щелей

из-за вязкого сопротивления.

Пневматический

излучатель с электродинамическим

управле ­

нием модуляцией

воздуха, к а к видно

из проведенных

прикидочных

расчетов,

м о ж е т о к а з а т ь с я

э ф ф е к т и в н ы м

только

дл я

узкого

д и а ­

пазона низких и средних звуковых частот.

5.3. Г И Д Р А В Л И Ч Е С К А Я

С И Р Е Н А

Д л я

излучения

звука

большой

.мощности в

жидкости

м о ж е г

служить

г и д р а в л и ч е с к а я сирена . Принцип

ее р а б о т ы такой

ж е , к а к

и пневматической

сирены,

р а з н и ц а

состоит в том,

что

рабочим

телом является жидкость,

а не г а з . К п д

и излучаемую мощность

м о ж н о оценить с помощью

ф-л (5.12), (5.13). Н а д о , однако,

иметь

в виду, что вследствие большой плотности жидкости

реактивные

•сопротивления п о д в о д я щ и х

трубопроводов создают у такой сире­

ны большие дополнительные

нагрузки и cos ip .результирующего со­

пора к

модулятору

такой сирены затруднено

тем, что длины

волн

в

жидкостях

велики

и соответственно

р а з м е р ы

рупора

о к а з ы в а ю т с я

весьма

большими.

Другое

в а ж н о е

обстоятельство

состоит

в

том, что

амплитуда

переменного

д а в л е н и я в

м о д у л я т о р е

и горле

рупора

может

ока­

з а т ь с я

весьма значительной.

Практически

р е ж и м работы гидрав ­

лической

сирены

таков,

что

о о - сс

и

pao-CSSo-

В

этом

с л у ч а е

ф-лы (5.10)

и (5.12)

у п р о щ а ю т с я :

t / 0 6 «

vl Sjc;

Р а к =

(р/с) 50 t;3 0 [Sj

S0f.

(5.18)

Акустическое давление в модуляторе н а й д е т с я умножением У0 б

на

модуль

акустического

сопротивления |$ |. Эта величина

'близка

•к

pc/S0

— модулю

входного

акустического

сопротивления

рупора.

Тогда амплитуда

акустического

д а в л е н и я

Pm -

Р v% (SjS0)

« 2 (SJS0)

( Р 1

0 - Р 2 0 ) .

(5.19)

Как

видно, у ж е при глубине

модуляции

5 т / 5 0 = 0,5

амплитуда

переменного

д а в л е н и я н а стороне

рупора

составляет

величину,

•близкую к полной

разности

давлений

м е ж д у

резервуаром

и

сре­

д о й . Если эта амплитуда

будет

больше Р2о,

то в

жидкости

появят ­

ности жидкости, и наступит к а в и т а ц и я — в ы д е л е н и е

газовых

пузы ­

рей во в р е м я

отрицательных

фа з д а в л е н и я

и «захлопывание» их

во в р е м я положительных

фа з давления, в ы з ы в а я

кавитационную

эрозию

частей

модулятора .

Таким образом,

гидродинамическая

•сирена

д о л ж н а

работать только при т а к и х д а в л е н и я х

в

резервуаре,

при которых в

отрицательной ф а з е переменной

составляющей д а в ­

ления

в м о д у л я т о р е

полное

давление

остается

в ы ш е

порогового,

соответствующего н а ч а л у

к а в и т а ц и и .

Если

активная

часть

сопро­

тивления невелика,

т. е. cos-ф м а л , то, несмотря на

большие

д а в ­

ления в модуляторе,

излученная

мощность

м о ж е т

оказаться не­

большой.

В величину

з входит

сопротивление п о д в о д я щ и х

трубопрово ­

дов со стороны р е з е р в у а р а . П о э т о м у в

трубопроводах

м о ж е т

т а к ж е

возникнуть

к а в и т а ц и я и большое

реактивное

переменное давление,

-снижающее

эффективность

сирены. Это реактивное

давление

мож ­

стоте, то в качестве такой

н а г р у з к и можно использовать

резонатор

(например, четвертьволновой отрезок

т р у б ы ) , подключаемый

через

тройник к п и т а ю щ е м у трубопроводу

(рис. 5.3). Акустическая про­

водимость такого

резонатора вблизи

резонанса

в е л и к а

б л а г о д а р я

•большой добротности. В зависимости

от з н а к а

расстройки

м е ж д у

-его резонансной

частотой

и рабочей

частотой

сирены

проводи ­

м о с т ь может изменяться в

широких п р е д е л а х по ф а з е .

Это

позво-