La mesure des Unsteady Pression de surface Utilisation d'un microphone sonde à distance

L’objectif global de cette méthode expérimentale est d’effectuer des mesures à haute résolution spatiale des fluctuations de pression induites par la turbulence sur les surfaces des corps immergés dans des écoulements de fluides. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine de la dynamique des fluides, de l’aéroacoustique et des vibrations des structures induites par l’écoulement, telles que les caractéristiques spatiales et temporelles de la pression de surface instationnaire induite par des mouvements turbulents à de petites échelles. La sonde microphone à distance peut fournir des informations détaillées sur les caractéristiques des champs de pression de surface instationnaires, avec une résolution spatiale relativement élevée sur une large gamme de fréquences.

Préparez-vous aux expériences en construisant la sonde du microphone à distance. Cela nécessite plusieurs composants. Le principal d’entre eux est un petit microphone sensible aux fréquences d’intérêt.

La taille des composants restants dépend de la sensibilité souhaitée et de la réponse en fréquence de la sonde. Cette sonde utilise une longueur de tube en acier inoxydable d’un diamètre intérieur d’un demi-millimètre. Il nécessite également un long morceau de tube souple, d’un diamètre intérieur de 1,25 millimètre.

Un morceau de plexiglas coupé et percé sur mesure servira de berceau pour le microphone. D’un côté du berceau, se trouve un trou pour accueillir le tube en acier inoxydable. À l’extrémité opposée du berceau, se trouve un autre trou.

Il se trouve dans le même axe et accueille le tube souple. Ces deux trous sont reliés par le plexiglas. Sur le dessus, il y a deux trous concentriques.

Le trou extérieur plus grand maintiendra le microphone. Le plus petit trou intérieur permet d’accéder à la cavité. Cette section transversale fournit un guide pour la construction du berceau.

Notez que le cône nécessaire pour correspondre aux diamètres des trous latéraux se trouve près de l’entrée du tube en acier inoxydable. Ayez de l’époxy prêt à fixer les composants au berceau. Prenez le microphone et orientez-le avec son diaphragme pointé vers le berceau, puis installez-le dans sa position.

Lorsqu’il est en place, appliquez de l’époxy pour le fixer en place. Ensuite, insérez le tube en acier inoxydable dans l’ouverture prévue à cet effet avant de le fixer avec de l’époxy. Fixez le tube souple dans sa position de la même manière.

À l’autre extrémité du tube souple, utilisez un bouchon pour sceller le tube. Avec tous les éléments attachés au berceau, cette sonde est prête à être utilisée dans une expérience. Ensuite, concentrez-vous sur la surface du modèle pour l’expérience.

Cette démonstration utilise une plaque plate avec des points de mesure préparés. À un point de mesure, il doit y avoir un trou traversant perpendiculaire à la surface. Le trou doit avoir le diamètre extérieur du tube en acier inoxydable de la sonde.

Pour l’expérience, montez la surface du modèle dans la soufflerie. Ensuite, procurez-vous une sonde de microphone à fixer à la surface du modèle au niveau du trou de mesure. À l’arrière de la surface, enfilez le tube en acier inoxydable de la sonde du microphone dans le trou.

L’ouverture du tube doit affleurer la surface de mesure. Appliquez de l’époxy sur le côté opposé au site de mesure pour fixer le tube en place. Avec la sonde du microphone en place, entourez-la de mousse acoustique pour éviter que les bruits parasites ne contaminent le système.

Ensuite, travaillez avec le tube anéchoïque souple de la sonde. Déplacez l’extrémité fermée hors de la section d’essai de la soufflerie. Entourez-le de panneaux acoustiques pour l’isoler de son environnement.

De retour à la sonde, connectez le microphone aux entrées d’un amplificateur à faible bruit, qui se trouve à l’extérieur de la section technique de la soufflerie. Ensuite, passez à l’électronique à l’extérieur du tunnel. L’amplificateur à faible bruit est connecté au système d’acquisition de données.

Réglez le gain de l’amplificateur sur dix. L’étalonnage de la sonde de microphone à distance nécessite plusieurs équipements. Pour la première phase, utilisez un microphone de référence de haute qualité avec une réponse indépendante de la fréquence, ainsi que le téléphone à piston.

De plus, il doit y avoir un amplificateur dont la sortie est connectée au système d’acquisition de données. Connectez le microphone à l’entrée de l’amplificateur et réglez le gain d’entrée et de sortie sur dix décibels. Ensuite, procurez-vous le téléphone à piston.

Insérez le microphone dans le téléphone à piston pour la mesure. Lorsque vous êtes prêt, allumez le téléphone à piston. Tournez-vous vers le système d’acquisition de données pour définir la fréquence d’acquisition des données et le nombre d’échantillons.

Commencez à acquérir et à enregistrer la tension du microphone de référence pour calculer la constante d’étalonnage. Une fois la constante d’étalonnage déterminée, retirez le microphone du téléphone à piston. Maintenant, déplacez le microphone sur la surface du modèle, utilisez un support pour positionner le microphone perpendiculairement à la surface au-dessus du tube de la sonde, où la fluctuation de pression sera mesurée.

Alignez le microphone avec le centre de la prise de la sonde et un millimètre au-dessus de celle-ci. Les étapes suivantes nécessitent un haut-parleur avec un amplificateur interne connecté à un générateur de fonctions. Montez le haut-parleur près de la surface du modèle et à 2,5 mètres du microphone.

Le haut-parleur doit être éteint et le cône doit être dirigé vers la surface du modèle. À l’extérieur de la soufflerie, travaillez avec le générateur de fonction. Allumez-le et utilisez l’option de bruit blanc pour fournir le signal sonore.

Revenez au haut-parleur et assurez-vous que l’amplification est au minimum. Ensuite, allumez le haut-parleur et réglez son volume aussi haut que possible sans l’endommager. Retournez au système d’acquisition de données.

Acquisition et enregistrement de données de séries chronologiques à partir des sorties de tension de la sonde et des microphones de référence. L’étalonnage est l’étape la plus critique de cette procédure. Pour garantir le succès, utilisez un modèle pour prédire la fonction de transfert et comparez-le avec les résultats expérimentaux.

De plus, utilisez des appareils de haute qualité, y compris le microphone de référence et le haut-parleur. Il s’agit de graphiques de la cohérence entre les fluctuations de pression mesurées dans la sonde du microphone à distance et le microphone de référence en fonction de la fréquence. Ce système de sonde est doté d’un tube primaire de 5,35 centimètres de long.

À titre de comparaison, cette sonde a un tube primaire de 10,4 centimètres de long. La cohérence est supérieure à 0,97 dans la gamme de fréquences d’intérêt. Ces graphiques sont de l’amplitude des fonctions de transfert des deux mêmes sondes.

Les courbes bleues sont le résultat d’expériences. Les courbes vertes sont des prédictions théoriques. Les prédictions de la réponse dynamique sont précises sur la majeure partie de la gamme de fréquences.

De petites aberrations dans la sonde peuvent expliquer des désaccords aux fréquences moyennes et élevées. La comparaison des données et des prédictions pour la pente du décalage de la face révèle que les prédictions sont de légères surestimations. Cela peut être dû à de petites erreurs dans les mesures de longueurs de tube ou à des variations de température.

Dans ce graphique, la bande gris clair représente la gamme des données spectrales de pression de surface précédentes à divers nombres de Reynolds. Les points de données représentent des mesures à l’aide de sondes de microphone déportées. Les mesures se situent dans la gamme des mesures observées dans la littérature publiée.

Une fois masterisé, l’étalonnage d’une seule sonde de microphone à distance peut être effectué en cinq minutes s’il est effectué correctement. Lors de la tentative de cette procédure, il est important de répéter l’étalonnage avec différents volumes de haut-parleurs afin d’obtenir la cohérence la plus élevée pour la sonde du microphone à distance. Après ce développement, cette technique a ouvert la voie aux chercheurs pour explorer les caractéristiques des fluctuations de pression sur des surfaces à grande courbure et à espacement limité dans des conditions d’écoulement complexes.

Travailler avec des haut-parleurs générant un bruit blanc à volume élevé peut être extrêmement dangereux. N’oubliez pas les précautions, telles que l’utilisation d’écouteurs antibruit pendant que vous effectuez cette procédure. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la construction, de la configuration et de l’étalonnage d’une sonde de microphone à distance.