Постановка задачи исследования влияния проточной части камеры сгорания и условий формирования газового потока в ней на величину пульсаций давления и тяги двигателя формирует подход в проведении исследовательских работ на экспериментальной установке. Он основывается на определённых допущениях и предпосылках, вытекающих из физической природы взаимодействия газовых потоков. Применительно к моделированию процессов течения в камере сгорания их можно интерпретировать в следующем виде:
- при обтекании любого конструктивного элемента камеры сгорания газовым потоком происходит взаимодействие газа с элементом, сопровождающееся образованием акустического шума определённой мощности, характеристики которого связаны с параметрами потока и геометрией обтекаемого элемента;
- при взаимодействии газовых потоков, формирующихся в камере сгорания, при определённых условиях в них формируются дополнительные источники шума, зависящие от условий взаимодействия и параметров газа;
- возможно взаимодействие акустических источников колебаний с акустическим полем камеры сгорания, при этом возникают условия усиления (ослабления) интегрального шума в двигателе;
- при значительной мощности источника акустического шума в камере сгорания возможна перестройка акустического поля и изменение уровня пульсаций давления в двигателе;
- возможно резонансное взаимодействие акустического источника в камере сгорания с внешним акустическим полем, накладываемым на поток, приводящее к усилению источника.
Анализ известных источников подтверждает правомочность выбранных допущений и предпосылок. Несколько замечаний относительно резонансного взаимодействия, на основе которого построено выделение источников при проведении исследований влияния проточной части камеры сгорания на амплитуду пульсаций давления. Оно вытекает из результатов экспериментальных работ, связывающих взаимодействие акустического поля потока с его турбулентной структурой, формирующейся при обтекании тел. Эту связь можно записать через выражение «критического» числа Струхаля, связывающего колебательный процесс в газе с условиями и геометрией обтекаемого тела.
Методика проведения экспериментальных исследований включает три этапа:
1. продувку модельной камеры сгорания экспериментальной установки рабочим телом с регистрацией спектра шума, создаваемого формирующимся в её проточной части потоком;
2. акустические исследования проточной части камеры сгорания с помощью источника внешних возмущений без продувки;
3. продувку модельной камеры сгорания экспериментальной установки рабочим телом с наложением на поток детерминированного внешнего акустического поля от источника внешних возмущений (ИВВ).
Сущность исследования на каждом из этапов сводится к построению спектров акустических шумов и последующего анализа амплитудно-частотных характеристик по полученным спектрам; получению интегральных оценок уровня акустического шума; построению анализа влияния определённых конструктивных особенностей, направленных на снижение амплитуды пульсаций давления в камере сгорания РДТТ.
Результаты исследований на каждом этапе фиксируются на магнитную ленту. Первичная обработка результатов исследования осуществляется непосредственно в процессе проведения эксперимента.
При этом определяются:
- интегральный уровень акустического шума в камере сгорания;
- несущие частоты;
- интегральный уровень звукового давления в зонах установки датчика акустического давления;
- характер изменения полученного сигнала во времени по всем датчикам;
- сопоставление уровней сигналов датчиков.
Основная обработка результатов исследований производится по полученным в результате проведения эксперимента записям на магнитной ленте с помощью спектранализатора. При этом получают мгновенные спектры и интегральные. Величина времени накопления информации для построения интегрального спектра может разбиваться на периоды:
- включение и выход на режим;
- квазистационарный процесс;
- выключение продувки.
Это даёт получение дополнительной информации о переходных процессах, протекающих в модельной камере сгорания экспериментальной установки, связанных с началом формирования потоков, возникновением акустического взаимодействия и пр.
Порядок проведения работ включает:
- подготовку к проведению исследований;
- проведение исследований;
- завершение исследований (заключительный этап).
Подготовка к проведению исследований включает:
- анализ технического состояния экспериментальной установки;
- проверку наличия достаточного запаса рабочего тела в рампе и системы управления подачей рабочего тела;
- контроль работоспособности элементов экспериментальной установки;
- проведение тарировки датчиков и уровня акустического давления источника внешних возмущений.
Проведение исследований включает:
- подачу рабочего тела в магистраль высокого давления и контроль давления по магистрали;
- непосредственное проведение эксперимента в соответствии с конкретными целями исследований;
- осуществление записи результатов исследований на магнитную ленту и контроль за их уровнем по шкале магнитофона;
- запись результатов исследований по показаниям приборов, сигнал которых не выводится на магнитную ленту (ИШВ-1, милливольтметр) производится в журнал;
- контроль за работоспособностью элементов экспериментальной установки.
Заключительный этап включает:
- отключение измерительно-задающего комплекса;
- закрытие вентилей раздачи рампы;
- стравливание воздуха из магистрали высокого давления;
- осмотр технического состояния экспериментальной установки после проведения экспериментов;
- обработка полученных результатов.
Необходимо отметить, что порядок и последовательность проведения исследований может быть изменён в рамках спецификации проведения работ по оценке определённых конструктивных особенностей проточной части камеры сгорания различных типов двигателей.
По характеру изменения величины отклика газового потока на накладываемое возмущение от ИВВ определяется коэффициент усиления возмущений в газовом потоке:
3.1
где индексы-1,3- указывают на номер этапа исследований.
Кроме того, определяется коэффициент усиления возмущений газовым потоком исследуемого источника при воздействии на него источником внешних возмущений:
3.2
Необходимо заметить, что величину пульсаций давления необходимо брать со спектрограмм исследований на одних и тех же частотах всех трёх этапов исследований.
Рассмотрим последовательность проведения обработки спектрограмм. Необходимо:
- выявить максимальные значения амплитуд колебаний давления;
- определить частоты, на которых эти амплитуды зарегистрированы;
- по тарировочным характеристикам определить уровень амплитуд;
- свести результаты измерений со спектрограммы в таблицу;
- повторить измерения и пересеет с других спектрограмм последующих этапов.
