一种用于模拟发动机燃烧室非线性声振模态的驻波振荡实验装置的制作方法

技术特征：
1.一种用于模拟发动机燃烧室非线性声振模态的驻波振荡实验装置，其特征在于，包括管状试验器(7)、信号源(12)和两个压强振荡源(11)；所述管状试验器(7)，为一水平放置的管状体，其两端均为敞口状，其内腔用于模拟火箭发动机的燃烧室，且已知其声腔模态频率；所述信号源(12)设置于管状试验器(7)外部，与两个所述压强振荡源(11)的外端均分别相连接；所述信号源(12)用于将给定频率和幅值的电信号传输至各所压强振荡源(11)；两个所述压强振荡源(11)，其中一个安装于所述管状试验器(7)的一端，另一个安装于另一端；各所述压强振荡源(11)均包括相连接的扬声器(5)和扬声器声能汇聚装置(2)，所述扬声器(5)的喇叭口端朝向所述管状试验器(7)端，并与所述扬声器声能汇聚装置(2)的入口端在轴向上可拆卸连接、且相连通，所述扬声器声能汇聚装置(2)的出口端与所述管状试验器(7)的端部相连接；两个所述扬声器(5)的输出相位差为180
°
；在各所述扬声器(5)外一周罩设有一扬声器保护罩(1)，所述扬声器保护罩(1)与所述扬声器(5)壳体外壁间形成封闭空间，用于防止所述扬声器(5)产生的压强振荡耗散至大气环境；所述扬声器(5)用于接收所述信号源(12)输入的电信号，且所述扬声器(5)的振膜以与给定频率相一致的频率进行周期性振荡，两个所述扬声器(5)以180
°
相位差将压强振荡通过相连接的所述扬声器声能汇聚装置(2)传输至所述管状试验器(7)内，且在所述扬声器(5)振膜的振荡频率与管状试验器(7)的声腔模态频率一致时，两者发生耦合，所述扬声器(5)在所述管状试验器(7)中产生大幅值的驻波压强振荡。2.根据权利要求1所述的一种用于模拟发动机燃烧室非线性声振模态的驻波振荡实验装置，其特征在于，所述扬声器声能汇聚装置(2)由入口端到出口端由外扩状收缩为管状，且外扩段的内腔为钟形。3.根据权利要求2所述的一种用于模拟发动机燃烧室非线性声振模态的驻波振荡实验装置，其特征在于，所述管状试验器(7)由多段内径相同的分管体在轴向上顺次相连而成，各个分管体之间通过法兰可拆卸连接，其中一个分管体上安装有光学窗口，安装有光学窗口的分管体内用于放置竖直向的推进剂药条(6)，且推进剂药条(6)位于光学窗口的中心位置。4.根据权利要求2所述的一种用于模拟发动机燃烧室非线性声振模态的驻波振荡实验装置，其特征在于，各所述扬声器(5)的功率不小于2kw。5.根据权利要求4所述的一种用于模拟发动机燃烧室非线性声振模态的驻波振荡实验装置，其特征在于，所述扬声器声能汇聚装置(2)的外扩的入口端的截面积与所述扬声器(3)的振膜的截面积相一致；所述扬声器声能汇聚装置(2)的出口端的直径等于或略小于管状试验器(7)内腔边长。6.根据权利要求5所述的一种用于模拟发动机燃烧室非线性声振模态的驻波振荡实验装置，其特征在于，在所述管状试验器(7)的外壁上，沿其管体的长度方向排布有多个压力传感器(4)，且每个所述分管体上均设置有一个压力传感器(4)；在各所述扬声器声能汇聚装置(2)的出口端各设置有一压力传感器(4)。7.根据权利要求6所述的一种用于模拟发动机燃烧室非线性声振模态的驻波振荡实验
装置，其特征在于，所述信号源(12)由相连接的函数发生器(9)和功率放大器(8)组成，且所述功率放大器(8)与各所述扬声器(5)相连接；所述函数发生器(9)用于生成特定频率和幅值的电信号；所述功率放大器(8)用于接收所述电信号，并将电信号的功率放大。8.根据权利要求1
‑
7中任一项所述的一种用于模拟发动机燃烧室非线性声振模态的驻波振荡实验装置的工作方式，其特征在于，该工作方式如下：步骤1、将所述推进剂药条(6)竖直固定在管状试验器(7)的内腔内，且位于光学窗口(3)的中心位置处；将两个所述压强振荡源(11)的扬声器声能汇聚装置(2)一端一个安装于管状试验器(7)的两端；步骤2、设置信号源(12)，将函数发生器(9)的输入频率调整到管状试验器(7)的一阶声模态频率或高阶声模态频率，并调整功率放大器(8)的功率至设定大小，设置两个所述扬声器(5)的相位差为180
°
；两个所述扬声器(5)以180
°
相位差产生周期性的压强振荡，并通过各自相连接的扬声器声能汇聚装置(2)传输至所述管状试验器(7)的内腔内；且在频率与所述管状试验器(7)的声腔模态频率一致时，产生共振，在所述管状试验器(7)内产生大幅值的驻波压强振荡；步骤3、启动数据采集系统(10)和扬声器(5)，所述数据采集系统(10)记录管状试验器(7)腔体内的压强振荡数据；步骤4、待所述数据采集系统(10)中的各个压强振荡幅值不再变化，点燃推进剂，所述数据采集系统(10)采集推进剂燃烧过程中管状试验器(7)腔体内的数据；步骤5、导出燃烧过程中数据采集系统(10)得到的各个位置压力传感器的压力数据，得出所述管状试验器(7)腔体内不同位置的压强振荡幅值、频率和相位信息。

技术总结
本发明公开了一种用于模拟发动机燃烧室非线性声振模态的驻波振荡实验装置，包括管状试验器、信号源和两个压强振荡源；管状试验器，为一水平放置的管状体，已知其声腔模态频率；信号源设置于管状试验器外部，与两个压强振荡源的外端分别相连接；信号源用于将给定频率和幅值的电信号传输至各压强振荡源；两个压强振荡源，其中一个安装于管状试验器的一端，另一个安装于另一端；各压强振荡源均包括扬声器和扬声器声能汇聚装置，扬声器的喇叭口端朝向管状试验器端，并与扬声器声能汇聚装置的入口端在轴向上可拆卸连接；两个扬声器的输出相位差为180


技术研发人员：金秉宁 刘佩进 廖彧 袁江
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：2021.08.25
技术公布日：2021/11/23