Структура и режимы течения в неизобарических сверхзвуковых струях, страница 17

Шум скачков непосредственно связан с так называемым дискретным тоном струи. Еще в 50-х годах было замечено, что струя, содержащая протяженную волновую структуру (см. рис. 43), издает интенсивный звук на одной частоте – дискретный тон. Теневые мгновенные фотографии струй при наличии дискретного тона показали, что волновая структура струи испытывает винтообразные деформации во времени, в конце каждой ячейки волновой структуры имеется локальный центр давления, от которого исходят радиальные интерферирующие друг с другом волны давления, фаза которых совпадает через каждые две ячейки (см. рис. 55, стрелками показаны фронты звуковых волн). Было показано, что его частота связана со скоростью конвекции вихрей, числом Маха конвекции и длиной ячеек волновой структуры струи соотношением

                                                                                             (15.26)

Если сопоставить ее с выражением (15.25), то видно, что они совпадают, если угол q = 180°, т.е. акустические волны движутся вверх по потоку к соплу. А. Пауэлл предложил модель генерации дискретного тона. По этой модели звуковые волны движутся вверх по потоку к соплу и на его кромке генерируют вихри, которые в свою очередь создают звуковые волны в конце каждой ячейки волновой структуры. Таким образом замыкается цепь автоколебаний струйного генератора дискретного тона. Если рассмотреть только одну ячейку волновой структуры струи, так как для других все единообразно повторяется, то время прохождения сигнала по автоколебательной цепи будет

Отсюда

                                                   ,

что совпадает с соотношением (15.26). Из экспериментов было получено, что для холодных воздушных струй М_к @ 1. Отсюда следует, что длина волны дискретного тона l составляет величину 2l и соседние монополи излучают звук в противофазе. Это совпадает с картиной на рис. 56.

Рассмотрим теперь как модель интерференцию ряда точечных (монопольных) источников, расположенных на концах ячеек волновой структуры струи. Хотя в реальности шум создаваемый при взаимодействии вихря со скачком дипольный, но можно рассматривать его как пульсации монополя на кончике скачка выходящего в слой смешения, так как второй монополь образующий диполь излучает внутрь струи и не имеет значения для нас. Иллюстрация процесса интерференции дана на рис.56. Разница в расстоянии от соседних источников до точки регистрации звука составляет

Волны усиливают друг друга, когда разница их путей составляет длину волны l. Но, учитывая, что соседние источники излучают в противофазе и l @ 2l, получаем

                                                                                   (15.27)

Из соотношения (15.27) видно, что это равенство будет выполняться для всех источников только когда Cosq = 1, т.е. угол q = 0° (здесь угол отсчитывается от направления против потока) и имеет место направленность акустического излучения ряда монополей вверх по потоку, к соплу.

                                         ,