Die Messung der Unsteady Flächenpressung eines Remote-Mikrofon-Sonde

Das übergeordnete Ziel dieser experimentellen Methode ist es, eine hochaufgelöste Messung der turbulenzinduzierten Druckschwankungen über Oberflächen von Körpern durchzuführen, die in Fluidströmungen eingetaucht sind. Diese Methode kann helfen, Schlüsselfragen auf dem Gebiet der Fluiddynamik, der Aeroakustik und der strömungsinduzierten Strukturschwingungen zu beantworten, wie z.B. die räumlichen und zeitlichen Eigenschaften des instationären Oberflächendrucks, der durch turbulente Bewegungen mit kleinen Längenskalen induziert wird. Die ferngesteuerte Mikrofonsonde kann detaillierte Informationen über die Eigenschaften der instationären Oberflächendruckfelder mit relativ hoher räumlicher Auflösung über einen weiten Frequenzbereich liefern.

Bereiten Sie sich auf die Experimente vor, indem Sie die ferngesteuerte Mikrofonsonde konstruieren. Dazu werden mehrere Komponenten benötigt. Das wichtigste davon ist ein kleines Mikrofon, das empfindlich auf die interessierenden Frequenzen reagiert.

Die Größe der restlichen Komponenten hängt von der gewünschten Empfindlichkeit und dem Frequenzgang der Sonde ab. Diese Sonde verwendet ein Stück Edelstahlrohr mit einem Innendurchmesser von einem halben Millimeter. Außerdem wird ein langes Stück weicher Schlauch mit einem Innendurchmesser von 1,25 Millimetern benötigt.

Ein speziell zugeschnittenes und gebohrtes Stück Plexiglas dient als Mikrofonhalterung. An einer Seite der Halterung befindet sich ein Loch zur Aufnahme des Edelstahlrohrs. Am gegenüberliegenden Ende der Halterung befindet sich ein weiteres Loch.

Er befindet sich entlang der gleichen Achse und nimmt das weiche Rohr auf. Diese beiden Löcher sind durch das Plexiglas verbunden. Oben befinden sich zwei konzentrische Löcher

Das größere äußere Loch nimmt das Mikrofon auf. Das kleinere innere Loch greift in den Hohlraum zu. Dieser Querschnitt dient als Leitfaden für die Konstruktion der Wiege.

Beachten Sie, dass sich die Verjüngung, die zur Anpassung an die seitlichen Lochdurchmesser erforderlich ist, in der Nähe des Eingangs für das Edelstahlrohr befindet. Halten Sie Epoxidharz bereit, um die Komponenten an der Halterung zu befestigen. Nehmen Sie das Mikrofon, richten Sie es so aus, dass die Membran zur Halterung zeigt, und setzen Sie es in seine Position ein.

Wenn es in Position ist, tragen Sie Epoxidharz auf, um es zu fixieren. Führen Sie anschließend das Edelstahlrohr in die dafür vorgesehene Öffnung ein, bevor Sie es mit Epoxidharz sichern. Befestigen Sie den Softschlauch auf die gleiche Weise in seiner Position.

Verwenden Sie am anderen Ende des weichen Schlauchs einen Stopfen, um den Schlauch abzudichten. Wenn alle Elemente an der Halterung befestigt sind, kann diese Sonde in einem Experiment verwendet werden. Wenden Sie sich als Nächstes der Modelloberfläche für das Experiment zu.

Bei dieser Demonstration wird eine flache Platte mit vorbereiteten Messpunkten verwendet. An einer Messstelle sollte sich senkrecht zur Oberfläche ein Durchgangsloch befinden. Das Loch sollte den Außendurchmesser des Edelstahlrohrs in der Sonde haben.

Montieren Sie für das Experiment die Modelloberfläche im Windkanal. Besorgen Sie sich als Nächstes eine Mikrofonsonde, die Sie an der Modelloberfläche am Messloch befestigen können. Fädeln Sie von der Rückseite der Oberfläche aus das Edelstahlrohr der Mikrofonsonde in das Loch ein.

Die Rohröffnung sollte bündig mit der Messfläche abschließen. Tragen Sie Epoxidharz auf die der Messstelle gegenüberliegende Seite auf, um das Rohr an Ort und Stelle zu halten. Wenn die Mikrofonsonde in Position gebracht ist, umgeben Sie sie mit Akustikschaum, um zu verhindern, dass parasitärer Lärm das System verunreinigt.

Arbeiten Sie anschließend mit der weichen reflexionsarmen Röhre von der Sonde. Bewegen Sie das geschlossene Ende aus der Teststrecke des Windkanals. Umgeben Sie es mit Akustikplatten, um es von seiner Umgebung zu isolieren.

Zurück an der Sonde schließen Sie das Mikrofon an die Eingänge eines rauscharmen Verstärkers an, der sich außerhalb des technischen Teils des Windkanals befindet. Begeben Sie sich als Nächstes zur Elektronik außerhalb des Tunnels. Der rauscharme Verstärker wird an das Datenerfassungssystem angeschlossen.

Stellen Sie die Verstärkung des Verstärkers auf zehn ein. Für die Kalibrierung der ferngesteuerten Mikrofonsonde sind mehrere Ausrüstungsgegenstände erforderlich. Verwenden Sie für die erste Phase ein hochwertiges Referenzmikrofon mit frequenzunabhängigem Ansprechverhalten zusammen mit dem Kolbentelefon.

Darüber hinaus sollte ein Verstärker vorhanden sein, dessen Ausgang an das Datenerfassungssystem angeschlossen ist. Schließen Sie das Mikrofon an den Eingang des Verstärkers an und stellen Sie die Eingangs- und Ausgangsverstärkung auf zehn Dezibel ein. Holen Sie sich als Nächstes das Kolbentelefon.

Setzen Sie das Mikrofon für die Messung in das Kolbentelefon ein. Wenn Sie fertig sind, schalten Sie das Kolbentelefon ein. Wenden Sie sich an das Datenerfassungssystem, um die Häufigkeit der Datenerfassung und die Anzahl der Proben einzustellen.

Beginnen Sie mit dem Erfassen und Speichern der Spannung vom Referenzmikrofon, um die Kalibrierungskonstante zu berechnen. Sobald die Kalibrierungskonstante bestimmt ist, entfernen Sie das Mikrofon vom Kolbentelefon. Bewegen Sie nun das Mikrofon an die Oberfläche des Modells und positionieren Sie das Mikrofon mit einer Halterung senkrecht zur Oberfläche über dem Sondenrohr, wo die Druckschwankung gemessen wird.

Richten Sie das Mikrofon in der Mitte des Sondenabgriffs und einen Millimeter darüber aus. Für die nächsten Schritte wird ein Lautsprecher mit einem internen Verstärker benötigt, der mit einem Funktionsgenerator verbunden ist. Montieren Sie den Lautsprecher in der Nähe der Oberfläche des Modells und 2,5 Meter vom Mikrofon entfernt.

Der Lautsprecher sollte ausgeschaltet sein, und der Kegel sollte auf die Oberfläche des Modells gerichtet sein. Arbeiten Sie außerhalb des Windkanals mit dem Funktionsgenerator. Schalten Sie es ein und verwenden Sie die Option für weißes Rauschen, um das akustische Signal bereitzustellen.

Kehren Sie zum Lautsprecher zurück und stellen Sie sicher, dass die Verstärkung minimal ist. Schalten Sie dann den Lautsprecher ein und stellen Sie die Lautstärke so hoch wie möglich ein, ohne Schäden zu verursachen. Kehren Sie zum Datenerfassungssystem zurück.

Erfassen und speichern Sie Zeitreihendaten von den Spannungsausgängen der Sonde und der Referenzmikrofone. Die Kalibrierung ist der wichtigste Schritt dieses Verfahrens. Um den Erfolg sicherzustellen, verwenden Sie ein Modell, um die Übertragungsfunktion vorherzusagen und sie mit den experimentellen Ergebnissen zu vergleichen.

Verwenden Sie außerdem hochwertige Geräte, einschließlich des Referenzmikrofons und des Lautsprechers. Dabei handelt es sich um Diagramme der Kohärenz zwischen den Druckschwankungen, wie sie in der entfernten Mikrofonsonde gemessen werden, und dem Referenzmikrofon als Funktion der Frequenz. Dieses Sondensystem verfügt über einen 5,35 Zentimeter langen Primärschlauch.

Zum Vergleich: Diese Sonde hat ein 10,4 Zentimeter langes Primärrohr. Die Kohärenz liegt über 0,97 im interessierenden Frequenzbereich. Diese Diagramme haben die Größe der Übertragungsfunktionen von denselben beiden Sonden.

Die blauen Kurven sind Versuchsergebnisse. Bei den grünen Kurven handelt es sich um theoretische Vorhersagen. Die Vorhersagen des dynamischen Ansprechverhaltens sind über den größten Teil des Frequenzbereichs genau.

Kleine Aberrationen in der Sonde können Meinungsverschiedenheiten bei mittleren und hohen Frequenzen erklären. Ein Vergleich der Daten und der Vorhersagen für die Steigung der Flächenverschiebung zeigt, dass es sich bei den Vorhersagen um leicht überschätzte Vorhersagen handelt. Dies kann auf kleine Fehler bei der Messung von Rohrlängen oder auf Temperaturschwankungen zurückzuführen sein.

In diesem Diagramm stellt das hellgraue Band den Bereich früherer Oberflächendruckspektrendaten bei verschiedenen Reynolds-Zahlen dar. Die Datenpunkte stellen Messungen mit entfernten Mikrofonsonden dar. Die Messungen liegen innerhalb der Spanne der Messungen, die in der veröffentlichten Literatur beobachtet werden.

Einmal gemeistert, kann die Kalibrierung einer einzelnen ferngesteuerten Mikrofonsonde in fünf Minuten durchgeführt werden, wenn sie ordnungsgemäß durchgeführt wird. Während Sie dieses Verfahren versuchen, ist es wichtig, die Kalibrierung mit verschiedenen Lautsprecherlautstärken zu wiederholen, um die höchste Kohärenz für die entfernte Mikrofonsonde zu erzielen. Nach dieser Entwicklung ebnete diese Technik den Weg für Forscher, die Eigenschaften der Druckschwankungen auf Oberflächen mit großer Krümmung und begrenztem Abstand unter komplexen Strömungsbedingungen zu erforschen.

Die Arbeit mit Lautsprechern, die viel weißes Rauschen erzeugen, kann äußerst gefährlich sein. Vergessen Sie nicht Vorsichtsmaßnahmen, wie z. B. die Verwendung von Kopfhörern mit Geräuschstummschaltung, während Sie diesen Vorgang durchführen. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie eine Remote-Mikrofonsonde erstellen, einrichten und kalibrieren.