Експерименталне дослідження резонансних властивостей резонаторів гельмгоьца в широкій смузі частот

We have investigated the distribution of sound pressure levels in the Helmholtz resonators over a wide range of frequencies. Computer simulation of the sound field at the resonator was performed by using a finite element method and an experimental research.We have established the existence of many resonance frequencies at the resonator and show the distribution of the maxima and minima of sound pressure levels within the volume of the resonator. It has been revealed that the distribution of the resonator's resonance frequencies does not obey the harmonic law. That makes it possible to consider resonance properties of the resonator similarly to the oscillations in a membrane or a bell. The second resonance frequency of the resonator is 6‒9 times higher than the first resonance frequency corresponding to the Helmholtz resonance. Simulation of sound field in the resonator showed the presence of nodal lines in the distribution of the sound pressure in both the resonator's volume and its throat. It has been established that the number of nodal lines for the first frequencies is one unity less than the resonance number.A common feature to all distributions is that when a measuring point approaches the edge of the resonator throat, the level of sound pressure decreases. In addition, the study has found the possibility to generate resonance only within the resonator's volume without distinct nodal lines in the throat.Comparative analysis of data acquired from experiment and during computer simulation has revealed a high level of reliability of the results obtained. Error in determining the resonance frequency did not exceed 0.8 %. That makes it possible, when further determining the sound field in the systems of resonators, to employ computer simulation instead of resource-intensive experimental studies.The existence of many resonances at the Helmholtz resonator enables the construction of broadband devices, which could be based on using a given type of resonatorsИсследовано распределение уровней звукового давления в резонаторах Гельмгольца в широком диапазоне частот. Проведено компьютерное моделирование звукового поля в резонаторе методом конечных элементов и экспериментальные исследования.Установлено наличие многих резонансных частот в резонаторе и показано распределение максимумов и минимумов уровней звукового давления в объеме резонатора. Выявлено, что распределение резонансных частот резонатора не соответствует гармоническому закону. Это позволяет рассматривать резонансные свойства резонатора аналогично колебаниям мембраны или колокола. Вторая резонансная частота резонатора в 6–9 раз выше первой резонансной частоты, соответствующей резонанса Гельмгольца. Моделирование звукового поля в резонаторе показало наличие узловых линий в распределении звукового давления, как в объеме резонатора, так и горле. Установлено, что количество узловых для первых частот линий на единицу меньше номер резонанса.Общим для всех распределений является то, что при приближении точки измерения к краю горла резонатора, уровень звукового давления уменьшается. Также при исследованиях установлено, возможность создания резонанса лишь в объеме резонатора без ярко выраженных узловых линий в горле.Сравнительный анализ между экспериментальными данными и данными компьютерного моделирования показал высокий уровень достоверности полученных результатов. Погрешность в определении резонансной частоты составляла не более 0,8 %. Данный факт позволяет в дальнейшем при определении звукового поля в системах резонаторов пользоваться компьютерным моделированием вместо ресурсозатратных экспериментальных исследований.Наличие многих резонансов в резонаторе Гельмгольца позволяет проводить построение широкополосных приборов, которые могут базироваться на использовании данного типа резонаторовДосліджено розподіл рівнів звукового тиску в резонаторах Гельмгольца в широкому діапазоні частот. Проведено комп’ютерне моделювання звукового поля в резонаторі методом кінцевих елементів та експериментальні дослідження.Встановлено наявність багатьох резонансних частот в резонаторі та показано розподіл максимумів і мінімумів рівнів звукового тиску в об’ємі резонатора. Виявлено, що розподіл резонансних частот резонатора не відповідає гармонійному закону. Це дає змогу розглядати резонансні властивості резонатора аналогічно до коливань мембрани чи дзвона. Друга резонансна частота резонатора в 6–9 раз вище першої резонансної частоти, що відповідає резонансу Гельмгольца. Моделювання звукового поля в резонаторі показало наявність вузлових ліній в розподілі звукового тиску як в об’ємі резонатора так і горлі. Встановлено, що кількість вузлових ліній для перших частот на одиницю менша за номер резонанса.Спільним для всіх розподілів є те, що при наближенні точки вимірювання до краю горла резонатора рівень звукового тиску зменшується. Також при дослідженнях встановлено, можливість створення резонансу лише в об’ємі резонатора без яскраво виражених вузлових ліній в горлі.Порівняльний аналіз між експериментальними даними та даними комп’ютерного моделювання показав високий рівень достовірності отриманих результатів. Похибка в визначенні резонансної частоти становила не більше 0,8 %. Даний факт дозволяє в подальшому при визначенні звукового поля в системах резонаторів користуватися комп’ютерним моделюванням замість ресурсозатратних експериментальних досліджень.Наявність багатьох резонансів в резонаторі Гельмгольца дозволяє проводити побудову широкосмугових приладів, що можуть базуватися на використанні даного типу резонаторі

development and testing of valveless pulsejet thrust device

V nalogi je predstavljen izračun, konstrukcijska zasnova ter preizkušanje brez ventilne pulzno reakcijske potisne naprave, ki je namenjena za pogon modela letala. Dimenzije in oblika ključnih sestavnih delov je določena z računskim pristopom in z upoštevanjem smiselnih poenostavitev. Predstavljen je iterativni potek in rezultati izračunov, kjer je vstopni podatek želena potisna sila, potrebne dimenzije pa se nato izračunavajo na podlagi fizikalnih zakonitosti ter se ustrezno korigirajo skladno z želeno potisno silo. V okviru izračunov je izdelana tudi analiza občutljivosti obratovalnih parametrov na spremembe posameznih dimenzij naprave ter s tem določitev najpomembnejših konstrukcijskih značilnosti. Na podlagi izdelane naprave je nato zasnovan tudi eksperimentalni sistem, sestavljen iz merilnika potisne sile, visokofrekvenčnega tlačnega zaznavala, merilnikov temperature ter namensko zasnovanega programskega okolja za spremljanje ključnih obratovalnih parametrov. Z inkandescenco je ocenjena tudi temperatura površin potisne naprave. Izmerjena je bila tudi jakost zvoka, ki jo naprava povzroča. Izdelana naprava je preizkušena v intervalu kontinuiranega obratovanja ter zaustavljanja, vsak interval pa je ločeno interpretiran. Potisna naprava obratuje in uspe dovesti najmanj 80 N potisne sile v mirovanju ter obratuje s frekvenco 163 Hz pri masnem toku goriva 8,6 g/s. Rezultati nakazujejo na izrazito občutljivost dimenzij naprave ter potrebo po natančni določitvi geometrije za doseganje stabilnega delovanja, ki je bilo v okviru naloge doseženo.The task presents the calculation, design, and testing of a valveless pulsejet thrust device designed to drive an aircraft model. The dimensions and shape of the key components are determined by a semi-empirical approach, taking into account meaningful simplifications. The iterative procedure and the results of the calculations are presented, where the input is the desired thrust, while required dimensions are then calculated and adjusted in accordance with the desired thrust. In the framework of the calculations, an analysis of the sensitivity of the operating parameters to changes in the individual dimensions of the device is made, and thus the determination of the most important design characteristics. An experimental system consisting of a thrust force meter, a high-frequency pressure sensor, temperature gauges and a purpose-built software environment for monitoring key operating parameters is then designed based on the manufactured device. Incandescence estimates the surface temperature of the device. The sound volume produced by the device was also measured. The manufactured device is tested in the interval of continuous operation and shutdown, and each interval is interpreted separately. The propulsion device is proved to operate and succeed in delivering at least 80 N of the thrust when stationary, and operates at a frequency of 163 Hz and fuel mass flow rate of 8,6 g / s. The results indicate a pronounced sensitivity of the dimensions of the device on stability of operation as well as the need to accurately determine the geometry to achieve the stable performance