המדידה לחץ Surface בלתי עמיד באמצעות בדיקת מיקרופון מרחוק

Here, we present a protocol to measure, with high spatial resolution, the unsteady surface pressure in turbulent flows. This method demonstrates the construction of a remote microphone probe (RMP) and the determination of its frequency-dependent, complex transfer function. An analytical determination of the dynamic response is presented and validated.

Microphones are widely applied to measure pressure fluctuations at the walls of solid bodies immersed in turbulent flows. Turbulent motions with various characteristic length scales can result in pressure fluctuations over a wide frequency range. This property of turbulence requires sensing devices to have sufficient sensitivity over a wide range of frequencies. Furthermore, the small characteristic length scales of turbulent structures require small sensing areas and the ability to place the sensors in very close proximity to each other. The complex geometries of the solid bodies, often including large surface curvatures or discontinuities, require the probe to have the ability to be set up in very limited spaces. The development of a remote microphone probe, which is inexpensive, consistent, and repeatable, is described in the present communication. It allows for the measurement of pressure fluctuations with high spatial resolution and dynamic response over a wide range of frequencies. The probe is small enough to be placed within the interior of typical wind tunnel models. The remote microphone probe includes a small, rigid, and hollow tube that penetrates the model surface to form the sensing area. This tube is connected to a standard microphone, at some distance away from the surface, using a "T" junction. An experimental method is introduced to determine the dynamic response of the remote microphone probe. In addition, an analytical method for determining the dynamic response is described. The analytical method can be applied in the design stage to determine the dimensions and properties of the RMP components.

זרימה מעל משטחים מוביל בדרך כלל יציבות ואת המערבולת לגרום ללחץ משטח לא יציב (USP). Flow-induced צליל ורטט הם בדרך כלל תוצאה ישירה של חוסר יציבות זה. הצליל המוקרן שנוצר על ידי מאווררים, מדחפים, וטורבינות רוח נשלט על ידי מקורות הקשורים USP ^1. מדידות של התכונות במרחב ובזמן של USP בתזרים סוער נדרשות בדרך כלל כדי לחזות את הצליל המוקרן.

האפיון הסטטיסטי של USP ניתן בדרך כלל בצורה של צפיפות אוטומטית רפאים, שתי נקודות צולבות ספקטרלי צפיפויות, ופונקציות קורלציה מרחבית ^{2, 3.} התגובה בתדירות הנדרשת יכול להשתנות בהתאם ליישום. ביישומי מנהרה רבים רוח, תגובה של 10 קילוהרץ עד 20 קילוהרץ מספיקה. המאזניים הקטנים של תנועה טורבולנטית לעתים קרובות דורשים באזורי חישת חיישן הריווח להיות פחות מ -1 מ"מ.

exte nsive מחקרי ניסויים שנערכו על מנת לקבל תנודות לחץ נגרם מערבולת. שיטה ישירה משתמש בחיישני מוטבעים רכוב סומק. שיטה זו לעתים קרובות מעסיקה מערכים גדולים של מיקרופונים, כי כל חיישן יכול למדוד את תנודות לחץ רק בשלב נפרד אחד. חיישנים אופייניים מנוצלים בשיטה זו הם מתמר פיזואלקטריים, שהוצע על ידי Gautschi ^4. מערכים של חיישנים פיזואלקטריים יכול להיות יקר, ואת טווח תדרים של מדידה הוא לעתים קרובות פחות מ -10 קילו-הרץ.

משטח רכוב ישירים מיקרופונים משמשים לעתים קרובות כמו חיישני USP הזול ^5. יש מיקרופונים רגישים גבוהה, שהינה תועלת מהותית תזרים במהירות נמוכה. עם זאת, זה מוביל גם את הסיכון של רווית חיישן כאשר תנודות משרעת גדולות בלחץ נוכחות. שיטה זו אינה מתאימה משטחים עם עקמומיות גדולה, שיבושים, או גיאומטריות כי הם דקים מלהכיל את החיישן כולו.

= "jove_content"> שיטה עקיפה לזכות בשני מידע ספקטרלי ומרחבית הוא להשתמש קרומים דקים סומק רכוב על גבי משטח ^6. בקשות רטט הזמן- ומרחב תלוי נמדדות מומרות משטח סטטיסטיקה לחץ באמצעות תכונות מכאניות ידועות של הממברנה. שיטה זו דורשת תכנון זהיר, יישום, כיול מדויק של התגובה הדינמית של הממברנה. בנוסף, ציוד מדידה רטט, כגון רטט לייזר דופלר, הם יקרים. לבסוף, שיטה זו יכולה להיות מיושמת רק על משטחים שטוחים.

רגיש ללחץ צבע (PSP) היא טכניקה נוספת שיכולה לשמש למדידת הלחץ משטח לא יציב. טכניקה זו דורשת המשטחים להיות מצופים בקלסר פולימר שקופה, הגורמת מולקולות בתוך להתרגש למצב אנרגיה גבוה יותר כפי שהם מוארים על ידי אור באורך גל מסוים. ככל שמולקולות לעבור מרווה חמצן, אנרגיה הוא מחדשמושכר כאור בשיעור יחסי הלחץ החלקי של החמצן, וכתוצאה מכך ההארה כי הוא ביחס הפוך ללחץ המשטח ^7. החיסרון העיקרי לשיטות PSP הוא רגישות נמוכה יחסית של מדידה בהשוואה מיקרופונים. זה מגביל את היישום של PSP כדי יחסית תזרים במהירות גבוהה.

התקשורת הנוכחית מתארת ​​שיטה USP המשתמשת בדיקת מיקרופון מרחוק (RMP). שיטה זו תוארה לראשונה על ידי אנגלונד וריצ'רדס ^8. המושג משתמש מיקרופון זעיר סטנדרטי המחובר לברז לחץ שטח עם צינור חלול. הלחץ היציב על פני שטח המודל יטייל לתוך הצינורות בצורה גל קול. מעשי הצינורות בתור "גל-מדריך" כדי לאפשר את המיקרופון, אשר מותקן בניצב הצינורות, כדי למדוד את גלי קול. הגלים ואז להמשיך לתוך צינור אחר זה מספיק זמן כדי לחסל r אקוסטי גדול משרעתeflections.

אנגלונד וריצ'רדס להחיל בגישה אנליטית שהתוותה ברג ו Tijdeman ⁹ כדי לקבוע את התגובה הדינמית של המשטרה הצבאית. Perrenes ורוג'ר ¹⁰ ולנצל RMP למדידת לחץ משטח פני כנף דו מימדי עם התקנים גבוהה מעלית. הם פיתחו בדיקה עם צינור נימי בקוטר 0.5 מ"מ על פני השטח שהיה קשור צינור נוקשה-ארוך 27 ס"מ שהרחיבו מ 0.7 מ"מ עד 2.5 מ"מ באמצעות שני שינויים צעד נפרדים. כל שינוי צעד גרם לשינוי גדול יחסית עכבה אקוסטית של הצינור. לקלרק Bohineust ¹¹ למדו בתחום לחץ הקיר מתחת שכבת גבול סוערת. הם השתמשו RMP קבוע בקוטר, כפי שהוצע על ידי Franzoni ואליוט ^12. עם זאת, התגובה הדינמית הייתה גבוהה מספיק רק בתחום תדרים מוגבל. Arguillat et al. ¹³ עיצב RMP ללמוד הרעש שמשודר הפנים של תא הרכב. הם בדקוצינורות שונים לנהל את תנודות לחץ אל המיקרופונים. יאנג et al. ¹⁴ תקן את עיוות הצינורות באמצעות גישת פונקצית צינורות העברת דומה לשיטה הציגה בדוח זה. Hoarau et al. ¹⁵ בחנו את עקבות לחץ הקיר במורד הזרם של אזור מופרד. RMPs שהם תכננו היו בקטרים ​​בתוך מתמיד, ואת הצינורות היו בלתי נוקשים לחלוטין.

על פי מחקרים קודמים, את הדיוק של מדידות לחצו משטח שהושג באמצעות RMPs תלוי בעיקר על קביעת פונקצית התמסורת תלויה בתדירות של החללית המתייחס לחץ השטח ללחץ המיקרופון. הסעיפים הבאים יתארו גיאומטריה RMP הוא כי הוא פשוט ויעיל. שיטות ניסיוניות ואנליטית תושקינה ומאומתות על מנת לקבוע את התגובה הדינמית מדויק של RMP. המודל האנליטי מאפשר עבור RMP להיות optimized בשלב התכנון עבור מגוון רחב של יישומים פוטנציאליים.

RMPs ניתן להשתמש כדי למדוד תנודות לחץ על פני טווח רחב של תדרים. רזולוציה מרחבית גבוהה יחסית יכול להציע מידע מפורט על מאפייני השדה הלחץ יציב-מופץ מרחבית ^16. כמו החללית היא קטנה, יכול להיות מנוצל RMPs למדוד תנודות לחצו על גיאומטריות מורכבות, כגון עקמומיות גדולה או ¹⁷ מרווח מצומצם. בנוסף, הצינור המחבר את ברז שטח ואת חיישן המיקרופון יכול להפחית את עוצמת תנודות לחץ מושרה ליד המיקרופון. לפיכך, תכנון נכון של גיאומטרית חיישן RMP ופרמטרים מניב שיטה לקבלת מאפייני USP כי הם פחות מגבילים בהשוואה לשטוף התקנת המיקרופון ישירות על פני המודל.

מבנה מבנה RMPThe הכללי של המשטרה הצבאית מוצג באיור 1 . המשטרה הצבאית מורכבת צינור אחד מובילים מפני שטח המודל לאגף התרחבות צינור שני המשתרע סעיף ההתפשטות עד "ערש". צינור שלישי קשור אז לשמש סיום anechoic. העריסה היא מרכיב פלסטיק במכונה המשמשים לדיור המיקרופון ואת קשרי הצינור. הפרטים של מבנה RMP יכולים להיות מותאמים עבור תנאי ניסויים שונים. מטרת הצינור השני, גדול-קוטר היא לאפשר את המיקרופון מגושם יחסית והתושבת להציב נוספת מנקודת המדידה USP מבלי להקטין את רגישות המדידה באופן משמעותי. צינור שני זה יכול להתבטל אם זה לא הכרחי, ואת סעיף ההרחבה ניתן לבנות בעריסה. סיומו anechoic היה עשוי מפלסטיק רך כי היה כ 2 עד 3 מ 'אורך.

להדגמה זו, העיצוב של RMP היה מותאם למדידת תנודות לחץ שטח תחת TURBulent שכבת הגבול בלי הפרש לחצים streamwise, כפי שמוצג באיור 2. חוסל הצינור השני. ההשפעות של שני אורכים שונים של הצינור הראשון נצפו. הצינור הראשון נבנה נירוסטה בקוטר פנימי של 0.5 מ"מ ו קוטר חיצוני של 0.81 מ"מ. האורכים של הצינור הראשון היו 5.35 ו 10.40 סנטימטר, בהתאמה. הקוטר הפנימי של המפרצון של הסעיף הרחב, אשר התאגד לתוך התושבת, היה 0.5 מ"מ, ואת הקוטר הפנימי של היציאה היה 1.25 מ"מ, אשר היה זהה לקוטר הפנימי של סיום הפיזור. הזווית של סעיף ההתרחבות 7 °. היה חור בתושבת בקוטר 1.25 מ"מ על מנת חלק לחבר את הסעיף הרחב עם סיום anechoic. אזור החישה חובר אל חור 1.25 מ"מ דרך חור בניצב 0.75 מ"מ.

1. הכנת ניסויים

1. בחר מיקרופון נכון לבנות המשטרה הצבאית. השתמש טווח תדרים של המיקרופון בתוך טווח התדרים של עניין.
   הערה: בניסוי זה, כתוצאה מתנודות בלחצים בין 100 ל -10,000 הרץ הן בעלי העניין. טווח תדירות המדידה של במיקרופון שנבחר הוא בין 100 ל -10,000 הרץ. גודלו של המיקרופון צריך להיות קטן ככל האפשר, אם כי אין קריטריונים ספציפיים בהתאם לגודל.
2. להעריך את התגובה הרגישה ותדירות של מערכת RMP באמצעות השיטה אנליטית מתוארת בתוספת. התאם את התגובה הרגישה ותדירות של RMP על ידי שינוי הממדים של הצינורות והמבנים.
3. השתמש Dremel לחתוך את צינור נירוסטה 0.5 מ"מ פנימי בקוטר לתוך חתיכה ארוכה 5.25 ס"מ.
4. עם מספריים, לחתוך את הצינור רך 1.25 מ"מ פנימי בקוטר לתוך חתיכת 4.75 מ 'אורך.
5. השתמש מכונת טחינה לחתוך פיסת פרספקס לתוךקוביות. אורך, רוחב, וגובה של קוביות צריך להיות 2.54 ס"מ, 1.27 ס"מ, ו 1.27 ס"מ, בהתאמה.
6. לקדוח חורים עם 0.81, 2, 2.56, ו 0.76 בקטרים מ"מ על ערש פרספקס, כפי שמוצג באיור 2.
7. השתמש מקדח מחט כדי להרחיב את המדור להתחדד של תושבת פרספקס, כפי שמוצג באיור 2.
8. תראה את רגישות המיקרופון במדריך המסופק על ידי היצרן, או לכייל את המיקרופון בשיטה הציגה ידי וונג ^18.
9. סיאט המיקרופון לתוך תושבת פרספקס, כפי שמוצג באיור 2, ולתקן את המיקרופון באמצעות אפוקסי.
10. חברו את צינור נירוסטה ואת צינור רך לערש פרספקס ולתקן אותן עם אפוקסי.
11. לקדוח חור בקוטר 0.81 מ"מ בניצב למשטח המודל במיקום מדידה.

הגדרת ניסוי 2.

1. סומק הר צינורות הנירוסטה העיקרי שלחיישני RMP אל פני שטח המודל ולהוסיף אפוקסי לתקן את צינורות נירוסטה אל פני שטח מודל ההפך, כפי שמוצג באיור 2.
2. הקף את RMP עם קצף אקוסטי על מנת למנוע רעש טפיל מ מזהם את המערכת.
3. כביש כל החיווט החשמלי מתוך הסעיף במבחן המנהרה.
4. נתב את צינור anechoic הרך מתוך הסעיף במבחן המנהרה.
5. חבר את הקצה של הצינור anechoic רך מתמר הלחץ כדי להשיג מדידות של לחץ סטטי הממוצע בו זמנית עם הלחץ לא יציב.
6. חבר את RMP למערכת הרכשת מגבר ונתוני רעש נמוך.
7. הגדר את גורם הרווח של המגבר עד 10. שימו לב כי הערך של גורם הרווח ניתן לשנות ממקרה למקרה.

כיול 3.

1. בחר מיקרופון הפניה כי הוא באיכות גבוהה ויש לו רגישות עצמאית בתדר.
2. חבר את המיקרו ההפניהטלפון לכניסה של מגבר ולחבר את הפלט של המגבר אל המערכת לאיסוף וניתוח נתונים.
3. גדר הוא רווח קלט רווח תפוקה של המגבר עד 10 dB. ראוי לציין, כי גורם הרווח יכול להיות מגוון בתנאי מדידה שונים.
4. הכנס את מיקרופון ההפניה לתוך pistonphone, כפי שמוצג באיור המשלים.
5. הפעל את pistonphone.
6. הגדר את תדירות הרכישה ל -4,000 הרץ.
7. הגדר את מספר דגימות 240,000.
8. רוכש ולשמור את פלט המתח ממיקרופון ההתייחסות.
9. חשבתי את קבוע הכיול של מיקרופון ההתייחסות. הקבוע כיול, _נ"צ C, הוא היחס בין סטיית התקן של לחץ קול-מיוצר pistonphone לסטיית התקן של פלט מתח של המיקרופון התייחסות.
10. חזור על תהליך הכיול (שלבי 3.8 ו -3.9) מספר פעמים. השתמש הערך הממוצע, _נ"צ C, כפי שקבוע הכיול.
11. הצב את המיקרופון התייחסות בניצב למשטח מוצק שעליו תנודות הלחץ נמדד, כפי שמוצג באיור 1.
12. יישר למרכז מיקרופון ההתייחסות עם ברז RMP. השתמש מרחק בין מיקרופון התייחסות ברז RMP של 1 מ"מ.
13. מניחים את הרמקול בסמיכות למודל הבדיקה. השתמש מרחק בין הרמקול והמיקרופון של 2.5 מ 'עבור מדידות אלה.
14. חבר את הרמקול לגנרטור פונקציה ולהדליק את מחולל פונקציה.
15. השתמש באפשרות "רעש לבן" של מחולל הפונקציה לספק את הצליל האקוסטי הרצוי ולהגדיר את השורש ממוצע מתח מרובע, V _rms, ל -0.4 V.
16. כוון את עוצמת הקול של הרמקול עד למינימום.
17. הפעל את הרמקול.
18. כוון את עוצמת הקול של המגבר ברמקול גבוה ככל האפשר מבלי לפגוע הדובר. שים לב כי יש רוב הדוברים נורית חיווי להזהיר הדואר המשתמש אם משרעת הפלט הוא מעל טווח הדובר.
19. רוכש ולשמור נתונים בזמן סדרה מן יציאות מתח של שני מיקרופון ההפניה ואת RMP באמצעות תדר סריקה של 40,000 הרץ למשך 60 שניות.
20. לחשב את הערכים של סדרות עתיות של תנודות לחץ קול, אשר מופק על ידי מחולל הרמקול ותפקוד ונמדד על ידי המיקרופון התייחסות. זה פשוט התוצר של פלט המתח בזמן סדרה ממיקרופון ההתייחסות, , והכיול מתמיד, ; . ראוי לציין, כי לחץ קול בזמן הסדרה, גם, הוא תנודות לחץ ליד הברז של RMP.
21. לחשב את תנודות לחץ קול-סדרת זמן שהיא נמדדת על ידי המיקרופון א RMP זה התוצר של פלט המתח בזמן הסדרה מן RMP, , ואת רגישות המיקרופון, ; . ראוי לציין, כי רגישות המיקרופון, צריך להינתן, על ידי היצרן.
22. לחשב את הצפיפות האוטומטית רפאים, , של . לחשב את הצפיפות האוטומטית רפאים, , של . לחשב את צפיפות צולבות רפאים, , בין .jpg "/> ו . הצפיפויות-ספקטרלי אוטומטי צולבות ספקטרלי הצפיפות מוגדרות על ידי Bendat ו Piersol ^19.
23. לחשב את פונקציית ההעברה .
24. לחשב את פונקציית קוהרנטיות כמו , שבו כוכבית מייצג המצומד המורכב.
25. הסר את מיקרופון ההתייחסות.
26. כבה את הגנרטור הרמקול ותפקוד.
27. הסר את הרמקול.

4. קליטת נתונים

1. הפעל את מנהרת הרוח.
2. להקליט את פלט המתח בזמן סדרה, , של המשטרה הצבאית עם מערכת לאיסוף וניתוח נתונים. השתמש תדירות סריקה של 40,000 הרץ. השתמש משך רכישת 64 שניות.
3. כבה את מנהרת הרוח.

s = "jove_title"> 5. עיבוד נתונים

1. לחשב את תנודות לחץ קול, הנמדד על ידי מיקרופון RMP כמו .
2. לחשב את הצפיפות האוטומטית רפאים, , של תנודות לחץ שטח כמו , איפה נמדדת האוטומטית ספקטרלי הצפיפות של תנודות לחץ קול על ידי מיקרופון RMP .

תוצאות כיול משני עיצובי נציג RMP מוצגות בסעיף זה. הראשון משמש צינור 5.35 סנטימטר עיקרי, והשני משמש צינור עיקרי 10.4 סנטימטר. מהפסקות כושר פיזור הם 4.75 מ 'אורך לשני RMPs.

הקוהרנטיות בין תנודות הלחץ נמדדו על ידי מיקרופון RMP ועל ידי מיקרופון ההפניה מוצגת באיור 3. להראות נתוני ערך קוהרנטיות כמעט אחדות על פני טווח רחב של תדרים. בתדרים מעל 10 קילוהרץ, קוהרנטיות בדרך כלל נותרות גבוהות, אך קוהרנטיות טיפות לסירוגין בתדרים מסוימים. אחת הסיבות לכך היא כי הצליל שנוצר על ידי הרמקול הוא נמוך יחסית בתדרים אלה. זה עשוי גם לנבוע הרגישות המופחתת של RMP בתדרים גבוהים. רקע הרעש חשמלי עלולים לגרום לאובדן של קוהרנטיות. ערך לכידות נמוךעולה כי כתוצאה מהתנודות בלחצים שהיא נמדדת על ידי המיקרופון RMP ומיקרופון ההתייחסות אינן מתואמות חזקה. במחקר זה, את הקוהרנטיות הוא גבוה יותר מאשר 0.97 בתחום התדרים של עניין.

איור 4 מראה את סדר הגודל של פונקציה העברה שהושגו הן באופן ניסיוני ומדוקדקת. השיטה האנליטית מדויקת בניבוי התגובה הדינמית על פני מרבית טווח התדרים. חילוקי הדעות בטווחים הבינוניים בתדירות גבוהה הם הניחו להיות תוצאה של סטיות קטנות RMP, כגון burs או חוסר התאמה קלה בצמתי צינורות.

תנודות ההבדל בגודל פונקצית התמסורת בתדרים שבין 100 הרץ ו 500 הרץ קשורים השתקפויות אקוסטי לסיום עוד anechoic. אלה הם בדרך כלל בסדר גודל של 1 או 2 dB בהיקפו. השתקפויות אקוסטית בתוך יחסי ציבורצינור imary ניכרות תנודות בתדרים גבוהים יותר.

איור 5 מראה את פאזה של פונקציות ההעברה. השיטה האנליטית מעט מגזים בהערכת שיפוע פאזה. למרות אי הוודאות של המדידה, המהווה כ -1.6%, יכולה לגרום חוסר התאמה, אומדן זה נחשב להיגרם על ידי טעויות קטנות באורכי צינור מוערכים או על ידי הפרשי טמפרטורות, אשר תשפיע על מהירות אקוסטי אשר יושמה שיטות האנליטיות בגלל המגמה הקבועה.

מדידות USP נרכשו בזרימת שכבת גבול הסוער שטוחה צלחת. שיטה זו נבחרה לתקשורת זה בגלל הפשטות של הגדרת הניסוי ובגלל גוף משמעותי של נתונים עבור USP קיים שכבת הגבול השטוחה הצלחת. צפיפויות אוטומטי רפאים שהיא נמדדת על ידי RMP בכמה ערכים של Reynoldים מספר מוצג באיור 6. ספקטרה הלחץ היו מנורמלת על ידי גזירת קיר, עובי עקירה, ומהירות זרימה אחידה. האזור האפור הבהיר מכיל את כל הנתונים מקבוצות מחקר שונים, שנאספו על ידי גודי ^20. הלהקה האפורה הכהה מייצגת ספקטרום לחץ מתאים מספרי ריינולדס גדולים מאוד. המדידות הנוכחיות נמצאות במרחק התפשטות המדידות שנצפו ספרות קודמת ולהפגין המגמה הצפויה של הגודל יורד עם מספר ריינולדס, כפי שמוצגות על ידי גודי. שימו לב גם כי ספקטרה הלחץ הנמדד אינו כולל כל פסגות ההרמוניות קיימות פונקצית התמסורת, המציין כי פונקצית כיול תדירות תלויה מדויקת יושמה.

איור 1:. סכמטי עבור מבנה RMP והתקנה סכמטית מציג את desi הכללי GN של RMP. הפרטים של RMP יכולים להיות מותאמים כדי לייעל את עיצוב תנאים מדידים שונים. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 2: מידות התקנה של RMP מנוצל כדי למדוד את הלחץ לפני השטח מתחת לשכבת הגבול הקנונית סוערים במחקר הנוכחי העיצוב של RMP מנוצל עבור מדידה זו שונה במקצת מהמבנה שמוצג באיור 1;. סעיף ההרחבה משולב לתוך התושבת. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

/53627/53627fig3.jpg "/>
איור 3: פונקציות קוהרנטיות עבור RMPs עם אורכים ראשון צינור שונים (משמאל) 5.35 סנטימטרים צינור ראשון (מימין) צינור 10.40 סנטימטר ראשון.. ציר ה- X הוא תדר הרץ, ואת ציר y הוא הערך של קוהרנטיות. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 4: מגניטודה של פונקציות תמסורת עבור RMPs עם אורכי ראשונה צינור שונים (משמאל) 5.35 ס"מ צינור הראשון (מימין) הצינור הראשון 10.40 ס"מ.. עקומת הכחול מייצגת את תוצאות הניסוי, בעוד העקומה הירוקה מייצגת את התחזיות התיאורטיות. ציר ה- x הוא תדר הרץ, ואת ציר y הוא גודל של פונקציית העברה ב dB.Target = "_ blank"> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 5: פאזה של פונקציות התמסורת עבור RMPs עם אורכים ראשון צינור שונים (משמאל) 5.35 סנטימטרים צינור ראשון (מימין) צינור 10.40 סנטימטר ראשון.. עקומת הכחול מייצגת את תוצאות הניסוי, ואת העקומה הירוקה מייצגת את התחזיות התיאורטיות. ציר ה- x הוא תדר הרץ, ואילו ציר y הוא פאזה של פונקצית התמסורת ב rad. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 6: צפיפות-ספקטרלי אוטומטי של לחץ השטח נמדד על ידי RMPs תחת מספרים שונים ריינולדס. ציר ה- X מייצג את התדירות הזוויתית, מתוקנן לפי עובי תזוזה ומהירות זרימה אחידה; ציר Y מציג את ספקטרום לחץ שטח, מתוקנן לפי מהירות זרימה אחידה, עובי עקירה, גזירת קיר. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

The measurement of USP in wind tunnel experiments is needed for many applications related to aeroacoustics and flow-induced vibrations. Compared to existing methods, such as flush-mounted imbedded sensors, PSP, or vibrated membranes, the method described here allows for accurate measurements with a high sensitivity to large-magnitude fluctuation over a wide range of frequencies. More importantly, it also provides a method for USP measurements using a small sensing area that minimizes the spatial averaging effects described by Corcos²¹. Additionally, the method allows for the close spacing of sensors over complex geometries. While RMP designs have been proposed in past literature, this communication provides details regarding an effective RMP design methodology, along with a theoretical method for choosing the parameters required for an effective measurement.

The analytical method can predict the dynamic response of the RMP in the design stage. As shown in the representative results, the frequencies of the resonance maxima are determined by the length of the first tube. As a result, the length of the first tube can be adjusted in order to position the resonance peak at a desired frequency. For example, if the magnitudes of the surface pressure fluctuations at certain frequencies are anticipated to be large, the length of the first tube should be adjusted to ensure that the resonance peak is not located at those frequencies.

The most critical step for the application of the RMP system is the calibration. The coherence function is an indication of the calibration quality. High coherence is always desired. However, the coherence function can be affected by several parameters, including the frequency, range, and acoustic amplitude of the loudspeaker; the relative location of the loudspeaker; the distance between the reference microphone and the tap of the RMP; and the dimensions of the tubing in the RMP. The effects of the aforementioned parameters on the calibration are complicated. Even now, there is no optimized method for determining all of these parameters. The calibration process should be repeated to obtain the best coherence value.

The structure of this RMP system can be modified based on the predictions of the analytical method in the design stage to account for various experimental conditions. Therefore, this RMP technique can be optimized and applied to the measurement of surface pressure fluctuation under complex flow conditions, such as the unsteady surface pressure present in turbomachinery.

The authors have nothing to disclose.

מחקר זה התאפשר באמצעות מימון ממשרד המחקר של הצי האמריקאי תחת גרנט מס 'N000141210337, דבורה Nalchajian ורונלד ג'וסלין.