Возбуждение колебаний в открытых трубах

Звуковые колебания в трубах, открытых с одного конца, были теоретически исследованы еще Гельмгольцем [16] и Рэлеем [17]. Трудность этой задачи связана с необходимостью учета диффракции на отверстии трубы, так как волна, распространяющаяся в трубе по направлению к открытому концу, отражается, излучая часть своей энергии в пространство. Для облегчения теоретического анализа этого вопроса указанными авторами были сделаны некоторые искусственные допущения (в частности, предполагалось, что труба оканчивается бесконечным плоским фланцем), не соответствующие действительности и ставящие под сомнение количественную применимость полученных ими результатов в обычных случаях. Однако диффракционные задачи такого типа могут быть решены вполне строго. При этом, наряду с другими величинами, вычисляется и (комплексный) коэффициент отражения волны в трубе от открытого конца, определяющий характер звуковых колебаний, устанавливающихся внутри трубы при ее возбуждении источником колебаний определенной частоты. [c.92]

Возбуждение колебаний в открытых трубах [c.109]

Учет потерь энергии, связанных с излучением открытыми концами трубы, приводит к сужению области изменений углов автоколебания возникают в этом случае для углов ф, находящихся в пределах от ф = 14° до Ф = 87°. При этом для второй гармоники диапазон изменений углов ф оказывается в пределах от ф = 13° до ф = 83°. Эти области возбуждения колебаний для двух первых гармоник, как отмечается в [7], согласуются с экспериментами Лемана. Следует заметить, однако, что хорошего совпадения с экспериментом, вообще говоря, трудно ожидать, поскольку в теории делаются весьма грубые упрощения. [c.503]

Таким образом, резонансная гипотеза удовлетворительно объясняет ход частотных характеристик излучателя, а также срывы генерации и отклонения от линейного изменения частоты на краях рабочего диапазона. Однако механизм звукообразования пока остается невыясненным. Предположительная картина возникновения звуковых колебаний, основанная на анализе ряда работ зарубежных авторов, а также проведенных нами скоростных киносъемок осцилляции струи (частота излучения 1,1 кгц, частота съемки до 10 тыс. кадров в секунду) и мгновенных теневых ее фотографий, сводится к следующему. Зарождение случайных колебаний в стационарном скачке, возникшем при торможении сверхзвуковой струи (торможение препятствием в виде резонатора), приводит к появлению в пространстве между этим скачком и донышком резонатора слабых пульсаций. Если рассматривать резонатор и часть струи до скачка уплотнения как некоторую резонансную трубу с одной жесткой и одной мягкой границами, то можно предположить, что возмущения, соответствующие собственной частоте такой четвертьволновой трубы, будут со временем усиливаться вплоть до появления нелинейных колебаний и ударных волн умеренной интенсивности. Эксперименты на трубах с двумя жесткими стенками [74, 75] показали, что возникновение разрывов (при возбуждении колебаний поршнем) наблюдается уже через 8—10 циклов. В трубе с одним открытым концом, возбуждаемой сверхзвуковой струей, переходный процесс составляет всего 3—4 цикла [39]. Теоретически нарастание колебаний в закрытой трубе рассмотрено в работах [75, 76] для открытой трубы со струйным возбуждением такие исследования, по-видимому, не проводились, хотя в работе [39] приводятся некоторые ориентировочные расчеты. [c.87]

Открытые системы. В этой главе мы будем рассматривать вынужденные колебания открытых систем, т. е. систем, не имеющих внешних границ. Например, если кто-то играет на трубе, находясь на воздушном шаре высоко над землей, то воздух можно считать открытой системой, если пренебречь эхом, т. е. отражением от земли к трубе. Если труба звучит в комнате с полом из твердой древесины, стенами н потолком, явление будет протекать совершенно по-другому. В этом случае воздух в комнате представляет собой замкнутую систему, и при соответствующих условиях возбуждения он будет резонировать на частотах его мод. Покроем стены комнаты звукопоглощающим материалом. В этом случае звуковые волны от стен не отражаются и комната ведет себя как открытая система, т. е. система без внешних границ. Из этого примера видно, что бесконечная протяженность среды не является необходимым условием для того, чтобы систему можно было считать открытой. [c.149]

Простейшими примерами таких резонаторов будут, например, трубы, открытые с одного или обоих концов, резонаторы Гельмгольца" (в виде бутылей) и т. п. Все такого рода резонаторы" легко заставить звучать в потоке воздуха, обдувая их устье. Явление это может иметь самые разнообразные масштабы, начиная от звучания на ветру какой-нибудь малой полости приемного микрофона (ветровая помеха) до катастрофических явлений возбуждения колебаний в открытой аэродинамической трубе, могущего привести к разрушению трубы и здания ). Это же явление в последней войне было применено противником в так называемых воющих бомбах, рассчитанных на усиление психологического эффекта. Оно находит себе и другие, более целесообразные применения в военном деле. Напомним также, что, в сущности, все духовые музыкальные инструменты и гудки основаны на явлении возбуждения колебаний потоком воздуха. [c.159]

Пользуясь основными соотношениями для акустических колебаний в трубе, открытой с обоих концов, экспериментальными данными, приведенными в [18], кривыми для 1 ) и Ti (рис. 112), а также учитывая гидравлическое сопротивление, оказываемое густой сеткой потоку, в [7] энергетическим методом рассчитаны области возбуждения колебаний для трубы Рийке. [c.503]

Более сложные явления термической генерации звука при автоколебаниях имеют место при вибрационном горении. К числу примеров вибрационного горения ), где возбуждение колебаний обуславливается акустическим механизмом обратной связи, можно отнести давно известное явление, называемое поющим пламенем. Это явление, часто используемое как эффектный лекционный эксперимент, состоит в том, что если внутри открытой с обоих концов вертикально расположенной трубы на расстоянии приблизительно четверти длины трубы от нижнего конпа поместить газовую горелку, то при определенных условиях возникают акустические колебания и труба начинает интенсивно звучать. [c.507]

Когда мы подходим к рассмотрению свободных колебаний воздуха, заключенного в трубе конечной длины, то неизбежно возникает вопрос об условиях, которые должны быть удовлетворены на открытом конце. Здесь происходит более или менее быстрый переход от плоских волн в трубе к расходящимся сферическим волнам вне трубы этот процесс плохо поддается расчету. В обычной элементарной теории, разработанной еще Д. Бернулли, Эйлером и Лагранжем, делается предположение, что изменением давления в трубе у открытого конца можно пренебречь. Как уже отмечалось, такая картина наблюдалась бы в том случае, если бы воздух снаружи трубы был заменен средой, способной оказывать давление (ра), но лишенной инерции. В таком случае не было бы потерь энергии при отражении от открытого конца ( 61) и однажды возбужденные в трубе колебания продолжались бы неограниченно. Ясно, что такое предположение является несовершенным отображением действительности условие 5=0 может быть выполнено лишь приблизительно, а энергпя должна непрерывно расходоваться на создание волн, расходящихся от отверстия трубы наружу, так что колебания, будучи предоставленными самим себе, останутся заметными только в течение очень непродолжительного времени. Это время, однако, может составлять сотни периодов. К этим вопросам мы еще вернемся позже (гл. IX) сейчас же ограничимся тем, что проследим, к каким результатам приводит эта приближенная теория. [c.219]

НИИ столба воздуха подразделяются на язычковые п мундштуковые. В язычковых ЛР и. колебания возбуждаются продуванием воздуха через расположенное в основании трубы и закрытое легким клапаном (язычком) отверстие. Под действием внешнего избыточного давления язычок захлопывает это отверстие и создает внутри трубы импульс сжатия, распространяющийся к ее открытому концу, после отражения от к-рого возвращается к закрытому язычком концу трубы в виде импульса разрежения и, отразившись от него, вновь двигается к открытому концу. При вторичном отражении от открытого конца разрежение переходит в сжатие и, возвращаясь к. месту возбуждения, создает избыточное давление, уравновешивающее внешнее. При этом язычок открывает входное отверстие и в трубу вновь подается имнульс дав.чения. Т. о., движение воздуха внутри трубы управляет с помощью язычка возбуждающим ато движение внеигнпм давлением и поддерживает установившийся процесс автоколебаний. При каждо.м отражении от открытого конца происходит частичное излучение звука в окружающую среду. Высота звука зависит от длпны столба воздуха, а тембр — от формы раструба, излучающего колебания, и от характеристик язычка. [c.334]

Если при данной частоте конец трубы, к которому приложено стороцнее давление, совпадает с пучностью давления, т. е. если os kL + а) = 1, то вынужденное колебание имеет наименьшую амплитуду, равную амплитуде ро стороннего давления. По мере удаления точки приложения стороннего давления от пучности и приближения ее к узлу давления собственного колебания, труба возбуждается все сильнее. При частоте, для которой точка приложения стороннего давления есть узел давления, наступает резонанс. Это — частота собственных колебаний трубы с открытым вторым концом. Таким образом, при резонансе kL а = [ 21— 1)/2] я. Наименьшее возбуждение соответствует собственной частоте трубы с закрытым вторым концом. [c.219]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...