Аэроакустика - раздел физики, находящийся на стыке аэродинамики и акустики, в к-ром изучаются проблемы аэродинамич. генерации звука, акустики движущихся газовых потоков, взаимодействия звука с потоком и методы снижения аэрошумов. А. в осн. имеет дело со звуком, создаваемым аэродинамич. силами и возмущениями, к-рые возникают в самом потоке, а не приложенными извне силами или колебаниями, как в классич. акустике. Впервые теоретич. вопросы образования звука при движении потоков жидкости были рассмотрены Дж. Рэлеем (1877). Однако практич. применение А. получила позднее, после работ Л. Я. Гутина о шуме вращения винта (1936), Д. И. Влохинцева по акустике движущейся среды (1946) и M. Д. Лайтхилла (M. J. Lighthill) о шуме турбулентных струй (1952-54).
Аэрошумы можно разделить на два класса: образующиеся при смешении частиц
среды в потоке и при обтекании потоком твёрдых тел. К первому классу
можно отнести шум струи, ко второму - шум обтекания проводов (т. н.
эоловы тона), винтов, вентиляторов и т. д. Шумы гидродинамич.
происхождения изучает гидроакустика.
Осн. причиной аэродинамич. генерации звука является образование вихрей (см. Вихревое движение)и
их ускоренное движение в неоднородном поле течения при обтекании тел,
помещённых в потов, а также при истечении газа в покоящуюся или
движущуюся среду. Нестационарные составляющие потока в пограничных слоях
около обтекаемых тел или в свободных слоях, таких как зона смешения
струи, приводят к непрерывной генерации вихрей и увеличению турбулентности потока. Вследствие сжимаемости среды часть энергии потока уходит на бесконечность в виде акустич. излучения.
Для образования аэрошумов важную роль играют тепловые процессы,
протекающие при горении, а также в потоках нагретых газов, для к-рых,
помимо завихренности потока, существенны неоднородности энтропии,
проявляющиеся в виде температурных пятен. Энтропийные неоднородности, с
одной стороны, индуцируют дополнит. завихренность, а с другой -
непосредственно генерируют звук.
Осн. ур-нием А. является неоднородное конвективное волновое ур-ние (наз.
ур-нием Блохинцева - Хоу), к-рое при условии адиабатичности, т. е.
постоянстве энтропии, имеет вид;
где 
,Н - энтальпия, 
-- завихренность, S - энтропия, T - температура, 
-
скорость потока, с - скорость звука, t - время. При этом энтальпия
торможения В связана со звуковым давлением р соотношением:
(
- плотность среды).
Уравнение (*) - следствие законов сохранения массы и кол-ва движения, а также
ур-ния состояния идеального газа. Левая часть ур-ния описывает распространение
звука в произвольном неоднородном потоке, правая - характеризует источники звука,
внутренне связанные с потоком и определяемые завихренностью потока и градиентами
энтропии.
Источники звука локализуются в тех областях
потока, где завихренность и градиенты энтропии отличны от нуля; вне этих областей
звук только распространяется, взаимодействуя
с безвихревым изэнтропийным осн. потоком. На основании ур-ния (*) можно получить
в общем виде выражение для определения звукового давления. Однако практич. применение
его ограничено вследствие сложности решения, поэтому в А. пользуются упрощающими
предположениями и аналогиями.
Для турбулентных струй применяется аналогия Лайт-хилла, согласно к-рой
значения энтропии и плотности струи считаются постоянными и равными
значениям этих величин в окружающей среде, а также считается, что
излучение звука струёй происходит в неподвижную среду; обратное
воздействие излучённого звука на поток при этом не учитывается. В этом
случае ур-ние (*) принимает вид:
где тензор напряжения 
- плотность и скорость звука в невозмущённой среде. T. о., согласно аналогии
Лайтхилла турбулентный поток вызывает такие флуктуации плотности и давления,
к-рые образуются в стационарной среде под действием напряжений 
.
Предположения, лежащие в основе теории Лайтхилла. справедливы при малых числах
M потока (M - Маха число ).При больших числах M становятся
существенными эффекты рефракции и рассеяния звука, вызванные влиянием скорости
потока в струе, и аналогия Лайтхилла неприменима. Для дозвуковых турбулентных
струй Лайтхилл установил подтверждённый впоследствии экспериментально "закон
восьмой степени" зависимости мощности шума от скорости истечения струи.
В результате для турбулентной струи оказалось возможным найти спектр шума, создаваемого
всей струёй и её отд. участками, расположенными на разл. расстояниях от начала
истечения.
Турбулентная струя создаёт широкополосный,
практически сплошной шум; максимум звуковой мощности наблюдается при Струхаля
числе 
(где
D и 
- диаметр
и скорость струи в нач. сечении на выходе из трубы, сопла,
- характерная частота звуковых колебаний). Вблизи выходного сопла излучается
высокочастотный шум, вдали - низкочастотный. Осн. часть звуковой мощности (~80%)
генерируется участком струи длиной, равной 10 диаметрам струи на выходе из сопла.
При сверхзвуковых скоростях истечения в спектре шума струи отчётливо проявляются
дискретные составляющие, обусловленные скачками уплотнения в струе и колебаниями
всей струи.
Несмотря на то, что акустич. энергия струи составляет всего 0,1% её
кинетич. энергии, с ростом мощности источников шума (реактивные и
ракетные двигатели самолётов и ракет), шум, создаваемый струями,
достигает высоких уровней, и поэтому разрабатываются эфф. меры по
снижению шума выхлопных струй, как активные, так и пассивные. Активные -
предусматривают воздействие на процесс турбулентного перемешивания
струи с окружающей средой с целью интенсификации перемешивания и
уменьшения градиента ср. скорости, т. е. снижения шума в источнике,
пассивные - предназначены для снижения уже образовавшегося шума с
помощью звукопоглощающих конструкций и материалов и установки преград на
пути распространения звука.
Для воздушных винтов используется подход Гутина, в к-ром действие движущихся лопастей на окружающую среду заменяется моделью источников в виде элементарных сил давления, распределённых по лопасти, и моделью источников, обусловленных вытеснением среды телом лопасти. Спектр шума винта имеет гармонич. составляющие, частота к-рых пропорциональна произведению числа лопастей на число оборотов винта; в спектре также присутствуют составляющие широкополосного шума обтекания лопасти и дискретные составляющие, обусловленные вытеснением объёма среды лопастью. Шум других лопаточных машин (компрессор, вентилятор, турбина) аналогичен шуму винта, однако в спектре их снижается доля дискретных составляющих и возрастает роль вихревого шума обтекания, что обусловлено увеличением числа лопастей (лопаток) и скоростью вращения машины.
В ряде случаев скорость обтекания достигает
скорости звука и даже становится больше её, что приводит к возрастанию вихревого
шума и появлению звуковых колебаний, связанных с появлением ударных волн. Большую
роль в образовании шума многоступенчатых лопаточных машин играют нестационарные
аэродинамич. нагрузки на лопасти, обусловленные влиянием аародинамич. следа
от лопастей предыдущего аппарата. Снижение шума таких источников достигается
в результате уменьшения окружной скорости, увеличения расстояния между направляющим
аппаратом и рабочим колесом, увеличения числа и ширины лопастей у воздушного
винта и т. д.
Значит. внимание в А. уделяется вопросам распространения звука в канале с импедансными стенками (см. Импеданс акустический
),что обусловлено необходимостью создания глушителей шума,
обеспечивающих снижение шума по пути его распространения. Решение ур-ния
(*) позволяет для известного в нач. сечении канала звукового поля
подобрать импеданс
стенок, обеспечивающий макс. снижение шума в выбранном диапазоне
частот. Выбор характеристик импеданса определяется уровнем звукового
давления в канале, скоростью потока и параметрами пограничного слоя
на стенке. Наличие газового потока в канале, движущегося в направлении
распространения звуковой волны, приводит к снижению затухания в области
низких частот и увеличению его в области высоких по сравнению с
затуханием в канале без потока. При распространении звука против потока
затухание увеличивается на низких частотах и уменьшается на высоких.
А. Г. Мунин
Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.
Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.
Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.
Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.
|
|
 |
