Взаимные корреляции и спектры турбулентных пульсаций давления на обтекаемой поверхности лунки
Представлены результаты экспериментальных исследований поля пульсаций пристеночного давления, которое формируется при турбулентном обтекании глубокой сферической лунки. Поведение взаимных корреляционных и спектральных характеристик свидетельствует, что внутри лунки генерируются наклонные асимметричн...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Акустичний вісник |
|---|---|
| Дата: | 2011 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут гідромеханіки НАН України
2011
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79850 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Взаимные корреляции и спектры турбулентных пульсаций давления на обтекаемой поверхности лунки / В.А. Воскобойник // Акустичний вісник — 2011. —Т. 14, № 2. — С. 26-37. — Бібліогр.: 35 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859813520358506496 |
|---|---|
| author | Воскобойник, В.А. |
| author_facet | Воскобойник, В.А. |
| citation_txt | Взаимные корреляции и спектры турбулентных пульсаций давления на обтекаемой поверхности лунки / В.А. Воскобойник // Акустичний вісник — 2011. —Т. 14, № 2. — С. 26-37. — Бібліогр.: 35 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Акустичний вісник |
| description | Представлены результаты экспериментальных исследований поля пульсаций пристеночного давления, которое формируется при турбулентном обтекании глубокой сферической лунки. Поведение взаимных корреляционных и спектральных характеристик свидетельствует, что внутри лунки генерируются наклонные асимметричные крупномасштабные вихри. Эти вихревые структуры переключаются из одного наклонного положения в другое, возбуждая низкочастотные модулирующие колебания. Наклонное расположение вихревых структур обуславливает появление антикорреляции (противофазные колебания) в поле пульсаций пристеночного давления на противоположных боковых стенках сферической лунки. В ходе эволюции асимметричные вихри выбрасываются над кормовой стенкой лунки, причем угол выброса увеличивается с ростом числа Рейнольдса.
Наведено результати експериментальних досліджень поля пульсацій пристінного тиску, яке формується при турбулентному обтіканні глибокої сферичної лунки. Поведінка взаємних кореляційних і спектральних характеристик свідчить, що всередині лунки генеруються похилі асиметричні великомасштабні вихори. Ці вихрові структури перемикаються із одного похилого положення в інше, що призводить до збудження низькочастотних модулюючих коливань. Похиле розташування вихрових структур обумовлює появу антикореляції (протифазні коливання) у полі пульсацій пристінного тиску на протилежних бічних стінках сферичної лунки. У ході еволюції асиметричні вихорі викидаються над кормовою стінкою лунки, причому кут викиду збільшується з ростом числа Рейнольдса.
The paper deals with presenting of the results of experimental studying of wall-pressure fluctuation field forming at the turbulent flowing above the deep spherical dimple. The behavior of the cross-correlation and spectral characteristics shows that the inclined asymmetric large-scale vortices are generated inside the dimple. These vortex structures are switched from one tilt to another, exciting the low-frequency modulating oscillations. The inclined location of the vortex structures stipulates the appearance of anticorrelation (the antiphase oscillations) in wall-pressure fluctuation field at the opposite lateral walls of the spherical dimple. In course of evolution, the asymmetric vortices are ejected above the aft wall of the dimple and their ejection angle increases with the Reynolds number.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:20:17Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1028 -7507 Àêóñòè÷íèé âiñíèê. 2011. Òîì 14, N 2. Ñ. 26 � 37
ÓÄÊ 532.517
ÂÇÀÈÌÍÛÅ ÊÎÐÐÅËßÖÈÈ È ÑÏÅÊÒÐÛ
ÒÓÐÁÓËÅÍÒÍÛÕ ÏÓËÜÑÀÖÈÉ ÄÀÂËÅÍÈß
ÍÀ ÎÁÒÅÊÀÅÌÎÉ ÏÎÂÅÐÕÍÎÑÒÈ ËÓÍÊÈ
Â. À. Â Î Ñ Ê Î Á O É Í È Ê
Èíñòèòóò ãèäðîìåõàíèêè ÍÀÍ Óêðàèíû, Êèåâ, Óêðàèíà
Ïîëó÷åíî 18.04.2011
Ïðåäñòàâëåíû ðåçóëüòàòû ýêñïåðèìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèé ïîëÿ ïóëüñàöèé ïðèñòåíî÷íîãî äàâëåíèÿ, êîòîðîå ôîð-
ìèðóåòñÿ ïðè òóðáóëåíòíîì îáòåêàíèè ãëóáîêîé ñôåðè÷åñêîé ëóíêè. Ïîâåäåíèå âçàèìíûõ êîððåëÿöèîííûõ è ñïå-
êòðàëüíûõ õàðàêòåðèñòèê ñâèäåòåëüñòâóåò, ÷òî âíóòðè ëóíê è ãåíåðèðóþòñÿ íàêëîííûå àñèììåòðè÷íûå êðóïíîìàñ-
øòàáíûå âèõðè. Ýòè âèõðåâûå ñòðóêòóðû ïåðåêëþ÷àþòñÿ èç îäí îãî íàêëîííîãî ïîëîæåíèÿ â äðóãîå, âîçáóæäàÿ
íèçêî÷àñòîòíûå ìîäóëèðóþùèå êîëåáàíèÿ. Íàêëîííîå ðàñïîë îæåíèå âèõðåâûõ ñòðóêòóð îáóñëàâëèâàåò ïîÿâëåíèå
àíòèêîððåëÿöèè (ïðîòèâîôàçíûå êîëåáàíèÿ) â ïîëå ïóëüñàöè é ïðèñòåíî÷íîãî äàâëåíèÿ íà ïðîòèâîïîëîæíûõ áî-
êîâûõ ñòåíêàõ ñôåðè÷åñêîé ëóíêè.  õîäå ýâîëþöèè àñèììåòðè ÷íûå âèõðè âûáðàñûâàþòñÿ íàä êîðìîâîé ñòåíêîé
ëóíêè, ïðè÷åì óãîë âûáðîñà óâåëè÷èâàåòñÿ ñ ðîñòîì ÷èñëà Ðåé íîëüäñà.
Íàâåäåíî ðåçóëüòàòè åêñïåðèìåíòàëüíèõ äîñëiäæåíü ïîëÿ ïó ëüñàöié ïðèñòiííîãî òèñêó, ÿêå ôîðìó¹òüñÿ ïðè òóð-
áóëåíòíîìó îáòiêàííi ãëèáîêî¨ ñôåðè÷íî¨ ëóíêè. Ïîâåäiíêà âçà¹ìíèõ êîðåëÿöiéíèõ i ñïåêòðàëüíèõ õàðàêòåðèñòèê
ñâiä÷èòü, ùî âñåðåäèíi ëóíêè ãåíåðóþòüñÿ ïîõèëi àñèìåòðè÷ íi âåëèêîìàñøòàáíi âèõîðè. Öi âèõðîâi ñòðóêòóðè ïå-
ðåìèêàþòüñÿ iç îäíîãî ïîõèëîãî ïîëîæåííÿ â iíøå, ùî ïðèçâîä èòü äî çáóäæåííÿ íèçüêî÷àñòîòíèõ ìîäóëþþ÷èõ
êîëèâàíü. Ïîõèëå ðîçòàøóâàííÿ âèõðîâèõ ñòðóêòóð îáóìîâëþ ¹ ïîÿâó àíòèêîðåëÿöi¨ (ïðîòèôàçíi êîëèâàííÿ) ó ïîëi
ïóëüñàöié ïðèñòiííîãî òèñêó íà ïðîòèëåæíèõ ái÷íèõ ñòiíêàõ ñôåðè÷íî¨ ëóíêè. Ó õîäi åâîëþöi¨ àñèìåòðè÷íi âèõîði
âèêèäàþòüñÿ íàä êîðìîâîþ ñòiíêîþ ëóíêè, ïðè÷îìó êóò âèêèäó çáiëüøó¹òüñÿ ç ðîñòîì ÷èñëà Ðåéíîëüäñà.
The paper deals with presenting of the results of experiment al studying of wall-pressure �uctuation �eld forming at the
turbulent �owing above the deep spherical dimple. The behav ior of the cross-correlation and spectral characteristics shows
that the inclined asymmetric large-scale vortices are gene rated inside the dimple. These vortex structures are switch ed
from one tilt to another, exciting the low-frequency modula ting oscillations. The inclined location of the vortex stru ctures
stipulates the appearance of anticorrelation (the antipha se oscillations) in wall-pressure �uctuation �eld at the op posite
lateral walls of the spherical dimple. In course of evolutio n, the asymmetric vortices are ejected above the aft wall of t he
dimple and their ejection angle increases with the Reynolds number.
ÂÂÅÄÅÍÈÅ
Òåîðåòè÷åñêèå è ýêñïåðèìåíòàëüíûå ðàáîòû [1 �
3] ïîêàçûâàþò, ÷òî èíòåíñèâíûå ïóëüñàöèè ïðè-
ñòåíî÷íîãî äàâëåíèÿ ìîãóò ïðèâîäèòü ê ãåíåðà-
öèè çíà÷èòåëüíîãî ãèäðîäèíàìè÷åñêîãî øóìà è
âèáðàöèé. Ñèòóàöèÿ óñëîæíÿåòñÿ è ìîæåò áûòü
÷ðåâàòà ðàçðóøåíèÿìè è îòêàçàìè, åñëè ïóëüñà-
öèè äàâëåíèÿ èìåþò ÷àñòîòû è âîëíîâûå ÷èñëà,
ñîîòâåòñòâóþùèå ðåçîíàíñíûì ìîäàì êîëåáàíèé
îáòåêàåìûõ êîíñòðóêöèé è îáîðóäîâàíèÿ. Ïîýòî-
ìó õîðîøåå çíàíèå è ïîíèìàíèå ïðîñòðàíñòâåííî-
âðåìåííîãî ïîâåäåíèÿ è ÷àñòîòíî-âîëíîâûõ õàðà-
êòåðèñòèê ïîëÿ ïóëüñàöèé ïðèñòåíî÷íîãî äàâëå-
íèÿ íåîáõîäèìî äëÿ òîãî, ÷òîáû ñíèçèòü âèáðàöèè
è øóìû íåóñòîé÷èâûõ òå÷åíèé, ê êîòîðûì, â ïåð-
âóþ î÷åðåäü, îòíîñÿòñÿ òóðáóëåíòíûå è îòðûâíûå
ïîòîêè.
Íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî áîëüøîå êîëè÷åñòâî ïó-
áëèêàöèé ïîñâÿùåíî èçó÷åíèþ ñòàòèñòè÷åñêèõ
ñâîéñòâ ïóëüñàöèé ïðèñòåíî÷íîãî äàâëåíèÿ, èìå-
åòñÿ ðÿä âîïðîñîâ, êîòîðûå òðåáóþò óòî÷íåíèÿ è
áîëåå ãëóáîêîãî èçó÷åíèÿ.  ÷àñòíîñòè, ýòî îòíî-
ñèòñÿ ê ôèçè÷åñêîé ïðèðîäå ãèäðîäèíàìè÷åñêèõ
ÿâëåíèé, îòâåòñòâåííûõ çà ñòàòèñòè÷åñêèå ïàðà-
ìåòðû ïîëÿ äàâëåíèé [3 � 5]. Ýòî îñîáåííî âàæíî
ñ ïðàêòè÷åñêîé òî÷êè çðåíèÿ, ïîñêîëüêó óãëóáëå-
íèå çíàíèé î ãèäðîäèíàìè÷åñêèõ âèõðåâûõ ñòðó-
êòóðàõ, ãåíåðèðóþùèõ ïóëüñàöèè ïðèñòåíî÷íîãî
äàâëåíèÿ, ïîìîæåò â ñîçäàíèè ñòðàòåãèè êîíòðî-
ëÿ è óïðàâëåíèÿ èìè è ìîäèôèêàöèè ïîâåäåíèÿ
ïðèñòåíî÷íîãî äàâëåíèÿ. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå èñ-
ñëåäîâàíèÿ ñëîæíûõ îòðûâíûõ ïîòîêîâ è ÷èñëåí-
íîå ìîäåëèðîâàíèå áîëåå ïðîñòûõ êîíôèãóðàöèé
òå÷åíèÿ ñâèäåòåëüñòâóþò îá îïðåäåëåííîé ñâÿçè
ìåæäó ïóëüñàöèÿìè äàâëåíèÿ è ïðèñòåíî÷íûìè
âèõðåâûìè ñòðóêòóðàìè (â òîì ÷èñëå è ñî ñòà-
òèñòè÷åñêîé òî÷êè çðåíèÿ). Íàïðèìåð, â ðàáî-
òàõ [6 � 8] äàíû îöåíêè âëèÿíèÿ ïðèñòåíî÷íûõ êâà-
çèïðîäîëüíûõ âèõðåâûõ ñòðóêòóð íà ïîëå ïóëüñà-
öèé äàâëåíèÿ. Â ðàáîòàõ [9 � 11] ïðèâåäåíû êîð-
ðåëÿöèè è ñïåêòðû ïóëüñàöèé äàâëåíèÿ íà îáòå-
26 c
Â. À. Âîñêîáîéíèê, 2011
ISSN 1028 -7507 Àêóñòè÷íèé âiñíèê. 2011. Òîì 14, N 2. Ñ. 26 � 37
êàåìîé ïîâåðõíîñòè è èõ âçàèìîñâÿçü ñ ãåíåðèðó-
þùèìè äàâëåíèå èñòî÷íèêàìè ïóëüñàöèé.  èñ-
ñëåäîâàíèè [12] ïðîâåäåíû îäíîâðåìåííûå èçìå-
ðåíèÿ ïîëÿ ñêîðîñòåé è ïðèñòåíî÷íûõ äàâëåíèé
è óêàçàí ôèçè÷åñêèé ìåõàíèçì, îòâåòñòâåííûé çà
ãåíåðàöèþ ïîëîæèòåëüíûõ è îòðèöàòåëüíûõ ïè-
êîâ äàâëåíèÿ íà îáòåêàåìîé ïîâåðõíîñòè. Â ðà-
áîòå [13] óêàçàíà ñâÿçü ìåæäó âîëíîâûì ñïå-
êòðîì ïóëüñàöèé äàâëåíèÿ è ôèçè÷åñêèìè ïàðà-
ìåòðàìè, îïèñûâàþùèìè òóðáóëåíòíûé ïîãðàíè-
÷íûé ñëîé. Óòâåðæäàåòñÿ, ÷òî âûñîêîâîëíîâûå ñî-
ñòàâëÿþùèå ñïåêòðîâ îáóñëîâëåíû äåéñòâèåì ãè-
äðîäèíàìè÷åñêèõ ñòðóêòóð, íàõîäÿùèõñÿ â ïðè-
ñòåíî÷íîé îáëàñòè, à íèçêîâîëíîâàÿ èëè íèçêî-
÷àñòîòíàÿ îáëàñòü ñïåêòðà ãåíåðèðóåòñÿ êðóïíî-
ìàñøòàáíûìè ñòðóêòóðàìè, ôîðìèðóþùèìè âíå-
øíþþ îáëàñòü ïîãðàíè÷íîãî ñëîÿ. Ýòî êîððåëèðó-
åò ñ óòâåðæäåíèÿìè, âñòðå÷àþùèìèñÿ â [14,15].
Õîðîøî èçâåñòíî, ÷òî êðóïíàÿ øåðîõîâàòîñòü, à
òàêæå ãëóáîêèå âûåìêè è óãëóáëåíèÿ íà îáòåêàå-
ìîé ïîâåðõíîñòè ÿâëÿþòñÿ èñòî÷íèêàìè èíòåíñèâ-
íûõ ïóëüñàöèé ñêîðîñòåé è äàâëåíèé, êîòîðûå ãè-
äðîàêóñòè÷åñêèìè ïðèåìíèêàìè âîñïðèíèìàþòñÿ
êàê ãèäðîäèíàìè÷åñêèé øóì [16 � 19]. Èìåÿ çâóêî-
âóþ è ïñåâäîçâóêîâóþ ïðèðîäó, îí îáóñëàâëèâà-
åò íå òîëüêî âûñîêóþ àêóñòè÷åñêóþ íàãðóçêó íà
îêðóæàþùóþ ñðåäó, íî è âûçûâàåò çíà÷èòåëüíûå
âèáðàöèè îáòåêàåìîé ïîâåðõíîñòè. Òå÷åíèå â óãëó-
áëåíèÿõ ÿâëÿåòñÿ ñëîæíûì ïðîöåññîì ñ îáðàòíîé
ñâÿçüþ. Êîíâåêòèâíûå íåóñòîé÷èâîñòè ðàñòóò, íà-
ñûùàÿ ñäâèãîâûé ñëîé, à çàòåì ñòàëêèâàþòñÿ ñ
êîðìîâîé ñòåíêîé èññëåäóåìîãî óãëóáëåíèÿ. Ïå-
òëÿ îáðàòíîé ñâÿçè çàìûêàåòñÿ, â ðåçóëüòàòå ÷å-
ãî ýíåðãèÿ âîçìóùåíèé òðàíñôîðìèðóåòñÿ â âîë-
íó íåóñòîé÷èâîñòè íà ïåðåäíåé îòðûâíîé êðîìêå
ëóíêè [20 � 23]. Êàê ðåçóëüòàò ãåíåðèðóþòñÿ ìî-
ùíûå ÷àñòîòíûå òîíû âíóòðè ëóíêè è åå îêðåñòíî-
ñòè. Èçó÷åíèå è ó÷åò ïîëåé ïóëüñàöèé äàâëåíèÿ
è âèáðîàêóñòè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê îáòåêàåìûõ
ïîâåðõíîñòåé èìååò áîëüøîå çíà÷åíèå íà ñòàäèè
ïðîåêòèðîâàíèÿ è ýêñïëóàòàöèè îáúåêòîâ, äâèæó-
ùèõñÿ â æèäêîñòè, à òàêæå ïðè ïðîâåäåíèè ìåðî-
ïðèÿòèé ïî óëó÷øåíèþ ýêîëîãè÷åñêîé îáñòàíîâêè
âáëèçè òðàíñïîðòíûõ ìàãèñòðàëåé.
Ñ ïðàêòè÷åñêîé òî÷êè çðåíèÿ ìîæíî âûäå-
ëèòü òðè àñïåêòà, òðåáóþùèå èçó÷åíèÿ îñîáåííî-
ñòåé ïîëÿ ïóëüñàöèé ïðèñòåíî÷íîãî äàâëåíèÿ. Âî-
ïåðâûõ, ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ ïóëü-
ñàöèé ïðèñòåíî÷íîãî äàâëåíèÿ äàò÷èêàìè, óñòà-
íîâëåííûìè çàïîäëèöî ñ îáòåêàåìîé ïîâåðõíî-
ñòüþ, íå íàðóøàþò ñòðóêòóðó òå÷åíèÿ, ÷òî èìå-
åò îïðåäåëÿþùåå çíà÷åíèå ïðè íàõîæäåíèè êè-
íåìàòè÷åñêèõ è äèíàìè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê òå-
÷åíèÿ. Êîíêðåòíûå îáëàñòè ñïåêòðîâ äàâëåíèÿ
èçó÷àþòñÿ ïîñðåäñòâîì çàêîíîâ ìàñøòàáèðîâàíèÿ
è/èëè õàðàêòåðèñòèê çàòóõàíèÿ êîððåëèðîâàííûõ
èëè êîãåðåíòíûõ ñèãíàëîâ. Îïðåäåëåííûå ñâîé-
ñòâà ôóíêöèé ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííûõ êîððå-
ëÿöèé è âçàèìíûõ ñïåêòðîâ äàþò âîçìîæíîñòü
àäåêâàòíî îöåíèòü õàðàêòåðíûå ìàñøòàáû äëè-
íû è âðåìåíè èññëåäóåìîé òóðáóëåíòíîñòè. Âî-
âòîðûõ, ñïåêòðû ïðèñòåíî÷íûõ ïóëüñàöèé äàâëå-
íèÿ äàþò êîëè÷åñòâåííóþ èíôîðìàöèþ î âçàèìî-
äåéñòâèè âèõðåâûõ ñòðóêòóð ìåæäó ñîáîé è ñ îáòå-
êàåìîé ïîâåðõíîñòüþ. Â-òðåòüèõ, â áóêñèðóåìûõ
ãèäðîàêóñòè÷åñêèõ êîìïëåêñàõ è àíòåííàõ, à òàê-
æå â ñèñòåìàõ, ãäå èñïîëüçóþòñÿ ïðèåìíèêè çâó-
êîâûõ äàâëåíèé, áîëüøîå çíà÷åíèå èìååò çíàíèå
ïðîñòðàíñòâåííûõ è âðåìåííûõ õàðàêòåðèñòèê ãè-
äðîäèíàìè÷åñêîãî øóìà, ãåíåðèðóåìîãî ïîòîêîì è
âçàèìîäåéñòâóþùåãî ñ îáòåêàåìîé ïîâåðõíîñòüþ.
 òàêèõ ñèñòåìàõ ãèäðîäèíàìè÷åñêàÿ ïîìåõà êîì-
ïåíñèðóåòñÿ èëè ïîäàâëÿåòñÿ ïîñðåäñòâîì ñïåöè-
àëüíûõ ýëåêòðîííûõ óñòðîéñòâ è ìåòîäîâ îáðàáîò-
êè ðåãèñòðèðóåìûõ ñèãíàëîâ (íàïðèìåð, ìåòîäîì
ãðóïïèðîâàíèÿ ïðèåìíèêîâ ïî ñîîòâåòñòâóþùåìó
àëãîðèòìó).
Íàðÿäó ñ ýòèì äàò÷èêè ïóëüñàöèé ïðèñòåíî-
÷íîãî äàâëåíèÿ íàõîäÿò øèðîêîå ïðèìåíåíèå ïðè
èçó÷åíèè èñòî÷íèêîâ àêóñòè÷åñêèõ è ïñåâäîçâó-
êîâûõ êîëåáàíèé, à òàêæå â ñðåäñòâàõ àêòèâíî-
ãî óïðàâëåíèÿ ïîãðàíè÷íûì ñëîåì, ãäå äàò÷è-
êè ïóëüñàöèé äàâëåíèÿ, óñòàíîâëåííûå çàïîäëè-
öî ñ îáòåêàåìîé ïîâåðõíîñòüþ, ïðèìåíÿþòñÿ ñîâ-
ìåñòíî ñ ðàçëè÷íûìè àêòóàòîðàìè â öåïÿõ îáðà-
òíîé ñâÿçè [20, 24 � 26]. Èñïîëüçîâàíèå àíñàìáëåé
äàò÷èêîâ, ôîðìèðóþùèõ êîððåëÿöèîííûå áëîêè
íà îáòåêàåìîé ïîâåðõíîñòè, è ñòàòèñòè÷åñêèõ ìå-
òîäîâ îáðàáîòêè è àíàëèçà èçìåðåííûõ äàííûõ
(ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííûõ êîððåëÿöèé è âçàèì-
íûõ ñïåêòðîâ) ïîçâîëÿåò îïðåäåëèòü êèíåìàòè÷å-
ñêèå è äèíàìè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè èñòî÷íèêîâ
ïóëüñàöèé äàâëåíèÿ. Â ðåçóëüòàòå, ïðèìåíÿÿ ðà-
çíîîáðàçíûå ìåòîäû áîðüáû ñ îêðóæàþùèìè ïî-
ìåõàìè, óäàåòñÿ îïðåäåëèòü ìàñøòàáû äàâëåíèå
ãåíåðèðóþùèõ èñòî÷íèêîâ, èõ ÷àñòîòû âðàùåíèÿ,
íàïðàâëåíèÿ äâèæåíèÿ è ñêîðîñòè ïåðåíîñà, âðå-
ìåíà æèçíè è ñòåïåíü âûðîæäåíèÿ â ïðîñòðàíñòâå
è âðåìåíè.
Öåëü äàííîãî èññëåäîâàíèÿ � ýêñïåðèìåíòàëü-
íî èçó÷èòü îñîáåííîñòè ôîðìèðîâàíèÿ è ðàçâè-
òèÿ êðóïíîìàñøòàáíûõ âèõðåâûõ ñòðóêòóð âíó-
òðè ãëóáîêîé ñôåðè÷åñêîé ëóíêè íà ïëîñêîé ïî-
âåðõíîñòè, îáòåêàåìîé òóðáóëåíòíûì ïîòîêîì. Íà
îñíîâå ïîëó÷åííûõ äàííûõ áóäåò îïðåäåëåíî ïî-
ëå ïóëüñàöèé ïðèñòåíî÷íîãî äàâëåíèÿ, ãåíåðèðóå-
ìîå ïñåâäîçâóêîâûìè èñòî÷íèêàìè, â êà÷åñòâå êî-
òîðûõ âûñòóïàþò âèõðåâûå ñòðóêòóðû.
Â. À. Âîñêîáîéíèê 27
ISSN 1028 -7507 Àêóñòè÷íèé âiñíèê. 2011. Òîì 14, N 2. Ñ. 26 � 37
Ðèñ. 1. Ýêñïåðèìåíòàëüíûé ñòåíä è ìåñòîïîëîæåíèå èññëåäóå ìîé ñôåðè÷åñêîé ëóíêè
íà ñòåíêå óçêîãî ãèäðîäèíàìè÷åñêîãî êàíàëà
1. ÝÊÑÏÅÐÈÌÅÍÒÀËÜÍÀß ÓÑÒÀÍÎÂÊÀ È
ÌÅÒÎÄÈÊÀ ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈÉ
Ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ ïðîâîäèëèñü
â óçêîì ãèäðîäèíàìè÷åñêîì êàíàëå Óíèâåðñèòå-
òà ã. Ðîñòîê (Ãåðìàíèÿ), ñì. ðèñ. 1. Âîäà â êàíàë,
èìåþùèé äëèíó ðàáî÷åé ÷àñòè ïîðÿäêà 1:3 ì, øè-
ðèíó 0:2 ì è âûñîòó 0:015 ì, ïîäàâàëàñü íàñîñîì
÷åðåç óñïîêîèòåëüíóþ êàìåðó è äèôôóçîð â ðåçåð-
âóàð, ôîðìèðóÿ óñòàíîâêó çàìêíóòîãî òèïà. Ñêî-
ðîñòü â êàíàëå èçìåíÿëàñü îò 0:2 äî 1:3 ì =ñ ïîñðåä-
ñòâîì çàñëîíîê, óñòàíîâëåííûõ íà òðóáîïðîâîäå
îáðàòíîé ñâÿçè. Êàíàë áûë âûïîëíåí èç òîëñòîãî
ïîëèðîâàííîãî îðãàíè÷åñêîãî ñòåêëà äëÿ ïðîâåäå-
íèÿ âèçóàëüíûõ è ëàçåðíûõ äîïëåðîâñêèõ èçìå-
ðåíèé ñêîðîñòè, âíóòðåííÿÿ ïîâåðõíîñòü êîòîðîãî
áûëà ãèäðàâëè÷åñêè ãëàäêîé.  ñåðåäèíå íèæíåé
ñòåíêè êàíàëà áûëî ñäåëàíî îòâåðñòèå äèàìåòðîì
0:18 ì, â êîòîðîå óñòàíàâëèâàëàñü âñòàâêà, èìå-
þùàÿ â ñâîåì öåíòðå ñôåðè÷åñêóþ ëóíêó äèàìå-
òðîì 46 ìì, ãëóáèíîé 12 ìì (îòíîñèòåëüíîå óãëó-
áëåíèå 0:26), ÷üÿ îáòåêàåìàÿ ïîâåðõíîñòü òàêæå
ïîëèðîâàëàñü è áûëà ãèäðàâëè÷åñêè ãëàäêîé. Êðå-
ïëåíèå âñòàâêè íà ñòåíêå êàíàëà ïîçâîëÿëî ïîâî-
ðà÷èâàòü åå íà ïðîèçâîëüíûé óãîë, ÷òî îáåñïå÷èëî
ñóùåñòâåííîå ðàñøèðåíèå âîçìîæíîñòåé êîððåëÿ-
öèîííûõ èçìåðåíèé àíñàìáëåì äàò÷èêîâ ïóëüñà-
öèé äàâëåíèÿ è ñòàòè÷åñêîãî äàâëåíèÿ, óñòàíîâ-
ëåííûõ êàê âíóòðè ëóíêè, òàê è íà ñòåíêå êàíàëà.
Âèçóàëüíûå èññëåäîâàíèÿ ïðîâîäèëèñü ñ ïðèìå-
íåíèåì êðàñÿùèõ âåùåñòâ, ïîäàâàåìûõ ÷åðåç äðå-
íàæíûå îòâåðñòèÿ íà îáòåêàåìîé ïîâåðõíîñòè, à
òàêæå âîäîðàñòâîðèìûõ ïîêðûòèé, êîòîðûå íàíî-
ñèëèñü íà ñòåíêó êàíàëà. Êàðòèíû âèçóàëèçàöèè
ðåãèñòðèðîâàëèñü öèôðîâûìè ôîòîàïïàðàòàìè è
âèäåîêàìåðàìè, îáðàáàòûâàëèñü íà ïåðñîíàëüíûõ
êîìïüþòåðàõ è ãðàôè÷åñêèõ ñòàíöèÿõ ïî ñòàíäàð-
òíûì è ñïåöèàëüíî ðàçðàáîòàííûì ïðîãðàììàì è
ìåòîäèêàì.
Ïîëå ïóëüñàöèé ïðèñòåíî÷íîãî äàâëåíèÿ ðåãè-
ñòðèðîâàëîñü ìèíèàòþðíûìè ïüåçîêåðàìè÷åñêè-
ìè äàò÷èêàìè ïóëüñàöèé äàâëåíèÿ ìåìáðàííîãî
è ñòåðæíåâîãî òèïîâ. Äàò÷èêè, èìåþùèå äèàìå-
òðû ÷óâñòâèòåëüíîé ïîâåðõíîñòè 1:6 è 1:3 ìì ñîî-
òâåòñòâåííî, óñòàíàâëèâàëèñü çàïîäëèöî ñ îáòåêà-
åìîé ïîâåðõíîñòüþ ëóíêè è ïëîñêîé ñòåíêè âñòàâ-
êè. Ó÷èòûâàÿ èíòåãðèðóþùóþ ñïîñîáíîñòü ïî-
âåðõíîñòè äàò÷èêîâ, â èññëåäîâàíèÿõ ðåãèñòðèðî-
âàëèñü èñòî÷íèêè ïóëüñàöèé äàâëåíèÿ, äëèíà âîë-
íû êîòîðûõ ïðåâûøàëà äèàìåòð ÷óâñòâèòåëüíîé
ïîâåðõíîñòè. Ïðè óñòàíîâêå ìèíèàòþðíûõ äàò÷è-
êîâ çàïîäëèöî ñ îáòåêàåìîé ïîâåðõíîñòüþ ïîòîê
íå íàðóøàëñÿ, õîòÿ íà èñêðèâëåííîé ïîâåðõíîñòè
ëóíêè íåêîòîðîå èñêàæåíèå åå ãëàäêîñòè èìåëî
ìåñòî, íåçàâèñèìî îò òîãî, ÷òî ñòûê ìåæäó êîð-
ïóñîì äàò÷èêà è èññëåäóåìîé ïîâåðõíîñòüþ çàãëà-
28 Â. À. Âîñêîáîéíèê
ISSN 1028 -7507 Àêóñòè÷íèé âiñíèê. 2011. Òîì 14, N 2. Ñ. 26 � 37
æèâàëñÿ ñïåöèàëüíûì ãåðìåòèêîì.
Ïîëå ñòàòè÷åñêîãî äàâëåíèÿ è åãî íèçêî÷àñòî-
òíûå îñöèëëÿöèè èçìåðÿëèñü ïîñðåäñòâîì ïüåçî-
ðåçèñòèâíûõ äàò÷èêîâ äàâëåíèÿ, ÷óâñòâèòåëüíàÿ
ïîâåðõíîñòü êîòîðûõ ÷åðåç äðåíàæíîå îòâåðñòèå
äèàìåòðîì 0:8 ìì ñîîáùàëàñü ñ èññëåäóåìûì òå-
÷åíèåì. Ýòè äàò÷èêè îáëàäàëè ïîâûøåííîé ÷óâ-
ñòâèòåëüíîñòüþ, îáåñïå÷åííîé ïðèìåíåíèåì òîí-
êîñòåííîé êâàðöåâîé ìåìáðàíû, íà êîòîðîé íà-
ïûëÿëèñü ýëåêòðîííûå ýëåìåíòû, ôîðìèðóþùèå
ýëåêòðè÷åñêóþ ìîñòîâóþ ñõåìó.
Äàò÷èêè ïóëüñàöèé ïðèñòåíî÷íîãî è ñòàòè÷å-
ñêîãî äàâëåíèé óñòàíàâëèâàëèñü â ñïåöèàëüíûå
ìîíòàæíûå îòâåðñòèÿ è óçëû êðåïëåíèÿ íà îáòå-
êàåìîé ïîâåðõíîñòè ëóíêè è ñúåìíîé âñòàâêè, êàê
ïîêàçàíî íà ðèñ. 2. Äàò÷èê ïóëüñàöèé äàâëåíèÿ
• 1 ðàñïîëàãàëñÿ ïåðåä ñôåðè÷åñêèì óãëóáëåíè-
åì íà ïîâåðõíîñòè ñòåíêè êàíàëà è ðåãèñòðèðîâàë
ïóëüñàöèè ïðèñòåíî÷íîãî äàâëåíèÿ â ïîãðàíè÷íîì
ñëîå, íå íàðóøåííîì óãëóáëåíèåì. Âíóòðè ëóí-
êè äàò÷èêè óñòàíàâëèâàëèñü íà ðàññòîÿíèè 0:01 ì
äðóã îò äðóãà, à äàò÷èê • 3 ðàñïîëàãàëñÿ â öåíòðå
ëóíêè íà åå äíå. Ïîçàäè ëóíêè äàò÷èêè íàõîäè-
ëèñü íà ðàññòîÿíèè 0:015ì äðóã îò äðóãà, à ïåðâûé
ïî ïîòîêó èõ ðÿä (áëèæíåå ïîëå ëóíêè) íàõîäèëñÿ
íà ðàññòîÿíèè 0:015ì îò êîðìîâîé êðîìêè ëóíêè.
Ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ ïîëÿ ïóëüñà-
öèé äàâëåíèÿ è ñòàòè÷åñêîãî äàâëåíèÿ ïðîâîäè-
ëèñü àíñàìáëåì äàò÷èêîâ (12 äàò÷èêîâ ïóëüñà-
öèé äàâëåíèÿ è 3 äàò÷èêà ñòàòè÷åñêîãî äàâëå-
íèÿ). Äàò÷èêè ïóëüñàöèé äàâëåíèÿ ÷åðåç ïðåäâà-
ðèòåëüíûå óñèëèòåëè, ðàñïîëàãàåìûå êàê ìîæ-
íî áëèæå ê äàò÷èêó (â öåëÿõ óìåíüøåíèÿ óðîâ-
íåé ýëåêòðîìàãíèòíûõ è âèáðàöèîííûõ ïîìåõ)
ýëåêòðè÷åñêè ñîåäèíÿëèñü ñ ìàëîøóìíûì âî-
ñüìèêàíàëüíûì óñèëèòåëåì ìîùíîñòè. Äëÿ ïðî-
âåäåíèÿ îäíîâðåìåííûõ èçìåðåíèé è îïðåäåëå-
íèÿ ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííûõ õàðàêòåðèñòèê
ïîëÿ ïóëüñàöèé äàâëåíèÿ èñïîëüçóåìûå äàò÷èêè
ñîåäèíÿëèñü ñ øåñòíàäöàòèêàíàëüíûì àíàëîãî-
öèôðîâûì ïðåîáðàçîâàòåëåì. Ïðåîáðàçîâàòåëü â
âèäå ìîíòàæíîé ïëàòû áûë óñòàíîâëåí â ñèñòåì-
íûé áëîê ïåðñîíàëüíîãî êîìïüþòåðà. Â èññëå-
äîâàíèÿõ èñïîëüçîâàëñÿ ïðåîáðàçîâàòåëü ôèðìû
National Instruments, îñíàùåííûé ïàêåòîì ïðè-
êëàäíûõ ïðîãðàìì ìàòåìàòè÷åñêîãî ìîäåëèðîâà-
íèÿ äëÿ ðåøåíèÿ çàäà÷ òåõíè÷åñêèõ âû÷èñëåíèé
MatLab 9.0.
Ïåðåä ïðîâåäåíèåì èññëåäîâàíèé è â èõ õîäå
ïîñðåäñòâîì äàò÷èêîâ âèáðàöèé ïîñòîÿííî êîí-
òðîëèðîâàëàñü âèáðàöèîííàÿ îáñòàíîâêà íà ýêñïå-
ðèìåíòàëüíîì ñòåíäå. Âèáðàöèîííàÿ ïîìåõà ó÷è-
òûâàëàñü ïðè îáðàáîòêå è àíàëèçå ýêñïåðèìåí-
òàëüíûõ äàííûõ. Íàðÿäó ñ ýòèì áûëè ïðîâåäåíû
Ðèñ. 2. Ðàñïîëîæåíèå äàò÷èêîâ ïóëüñàöèé
ïðèñòåíî÷íîãî äàâëåíèÿ â ñôåðè÷åñêîé ëóíêå
ñîîòâåòñòâóþùèå ìåðîïðèÿòèÿ ïî ñíèæåíèþ ýëå-
êòðîìàãíèòíûõ, âèáðàöèîííûõ è àêóñòè÷åñêèõ ïî-
ìåõ ïðè ïðîâåäåíèè èíñòðóìåíòàëüíûõ èññëåäî-
âàíèé, ÷òî ïîçâîëèëî çíà÷èòåëüíî ðàñøèðèòü äè-
íàìè÷åñêèé äèàïàçîí èçìåðåííîãî ïîëÿ äàâëåíèé.
 ðåçóëüòàòå ïîãðåøíîñòü èçìåðåíèé èíòåãðàëü-
íûõ õàðàêòåðèñòèê ïîëÿ ïóëüñàöèé ïðèñòåíî÷íî-
ãî äàâëåíèÿ ñîñòàâëÿëà íå áîëåå 4 %, êîððåëÿöè-
îííûõ ðåçóëüòàòîâ � íå áîëåå 6 %, à ñïåêòðàëüíûõ
õàðàêòåðèñòèê � íå áîëåå 2 äÁ â èññëåäóåìîì äè-
àïàçîíå ÷àñòîò ñ äîâåðèòåëüíûì èíòåðâàëîì 0:95
èëè 2� .
2. ÐÅÇÓËÜÒÀÒÛ ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈÉ
Ïåðåä èíñòðóìåíòàëüíûìè èññëåäîâàíèÿìè ïî-
ëÿ ïóëüñàöèé ïðèñòåíî÷íîãî äàâëåíèÿ áûëà ïðî-
âåäåíà âèçóàëèçàöèÿ òå÷åíèÿ, êîòîðàÿ ïîçâîëèëà
îïðåäåëèòü õàðàêòåðíûå îáëàñòè ôîðìèðîâàíèÿ è
ðàçâèòèÿ êðóïíîìàñøòàáíûõ âèõðåâûõ ñòðóêòóð
âíóòðè ñôåðè÷åñêîé ëóíêè. Îáíàðóæåíî, ÷òî ïðè
ìàëîé ñêîðîñòè òå÷åíèÿ, äëÿ êîòîðîé îïðåäåëåí-
íîå ïî äèàìåòðó ëóíêè è ñðåäíåðàñõîäíîé ñêîðî-
ñòè ÷èñëî Ðåéíîëüäñà ñîñòàâëÿåòRed � 20000, âíó-
òðè ëóíêè ôîðìèðóåòñÿ ñèììåòðè÷íîå âèõðåâîå
òå÷åíèå. Êîãäà ñêîðîñòü ïîòîêà ðàñòåò è òå÷åíèå
ñòàíîâèòñÿ òóðáóëåíòíûì, â ëóíêå ãåíåðèðóþòñÿ
àñèììåòðè÷íûå âèõðåâûå ñèñòåìû. Òàê, íà ðèñ. 3
ïîêàçàíû ôîòîãðàôèè ïåðåìåùåíèÿ êðàñêè, ïîäà-
âàåìîé âäîëü ñðåäèííîãî ñå÷åíèÿ ëóíêè, äëÿ ÷èñ-
ëà Ðåéíîëüäñà Red =40000 (íàïðàâëåíèå òå÷åíèÿ
ñâåðõó âíèç). Âèäíî, ÷òî ñòðóéêè êðàñêè ïåðåìå-
ùàþòñÿ ïî ëèíèÿì òîêà êðóïíîìàñøòàáíîãî âè-
õðÿ, ôîðìèðóåìîãî âíóòðè ëóíêè. Òàê, èç îòâåð-
ñòèÿ íà ïåðåäíåé ñòåíêå ëóíêè êðàñÿùåå âåùåñòâî
Â. À. Âîñêîáîéíèê 29
ISSN 1028 -7507 Àêóñòè÷íèé âiñíèê. 2011. Òîì 14, N 2. Ñ. 26 � 37
à á
Ðèñ. 3. Âèçóàëèçàöèÿ ïåðåêëþ÷åíèÿ âèõðåâîãî òå÷åíèÿ âíóòð è ëóíêè è ïîëîæåíèå âûáðîñà
âèõðåâûõ ñòðóêòóð äëÿ òóðáóëåíòíîãî òå÷åíèÿ ïðè Red =40000
ïîñòóïàåò â èñòî÷íèê àñèììåòðè÷íîãî âèõðÿ, ðà-
ñïîëîæåííûé íàêëîííî ê íàïðàâëåíèþ ïîòîêà (íà
ðèñ. 3,à � ñïðàâà íàëåâî, à íà ðèñ. 3, á � íàî-
áîðîò, ñëåâà íàïðàâî). Èç îòâåðñòèé íà äíå ëóí-
êè è êîðìîâîé ñòåíêå ñòðóéêè êðàñêè ïåðåìåùà-
þòñÿ â îäíó è òó æå ñòîðîíó (ïî íàïðàâëåíèþ
âðàùåíèÿ êðóïíîìàñøòàáíîãî âèõðÿ). Êàê ïîêà-
çàëè èññëåäîâàíèÿ, âèõðåâàÿ ñòðóêòóðà â îäíîì
èç íàêëîííûõ ïîëîæåíèé äëÿ òóðáóëåíòíîãî ðå-
æèìà òå÷åíèÿ ñ ÷èñëîì Ðåéíîëüäñà Red =40000
íàõîäèòñÿ â òå÷åíèå ïîðÿäêà (30: : :40) c. Çàòåì
íàáëþäàåòñÿ ïåðåêëþ÷åíèå âèõðåâîãî òå÷åíèÿ íà
ïðîòèâîïîëîæíóþ ñòîðîíó ëóíêè, ãäå âèõðü ïðå-
áûâàåò ïðèáëèçèòåëüíî òàêîå æå (íî äîâîëüíî ÷à-
ñòî è ìåíüøåå) âðåìÿ. Íàõîäÿñü â îäíîì èç íà-
êëîííûõ ïîëîæåíèé, âèõðåâàÿ ñòðóêòóðà ïåðèîäè-
÷åñêè âûáðàñûâàåòñÿ íàä êîðìîâîé ñòåíêîé ëóí-
êè (íà ðèñ. 3, à � ñëåâà, à íà ðèñ. 3,á � ñïðàâà).
Ñ óâåëè÷åíèåì ÷èñëà Ðåéíîëüäñà àñèììåòðè÷íûå
âèõðåâûå ñòðóêòóðû âûáðàñûâàþòñÿ èç ãëóáîêî-
ãî ñôåðè÷åñêîãî óãëóáëåíèÿ ïîä áîëüøèì óãëîì.
Òàê, äëÿ Red =40000âûáðîñ íàêëîííûõ âèõðåé íà-
áëþäàåòñÿ ïîä óãëîì ïîðÿäêà 45� , à ïðè Red =
60000� îêîëî 60� .
×èñëåííîå ìîäåëèðîâàíèå âèõðåâîãî òå÷åíèÿ â
îäèíî÷íîé ñôåðè÷åñêîé ëóíêå ñ îòíîñèòåëüíûì
óãëóáëåíèåì 0:26, ðàñïîëîæåííîé íà ñòåíêå óçêî-
ãî êàíàëà, ïîäîáíîãî ãèäðîäèíàìè÷åñêîìó êàíà-
ëó â Óíèâåðñèòåòå ã. Ðîñòîê, ïîêàçàëî, ÷òî ïðè
Red =40000 âíóòðè ëóíêè ôîðìèðóåòñÿ àñèììå-
òðè÷íàÿ âèõðåâàÿ ñèñòåìà. Êàðòèíà ãðàôè÷åñêîé
âèçóàëèçàöèè, ïîëó÷åííàÿ â ðàáîòå [27], ïðåäñòàâ-
ëåíà íà ðèñ. 4. Òàê æå, êàê è â ôèçè÷åñêîì ýêñïå-
ðèìåíòå, âíóòðè ëóíêè ôîðìèðóåòñÿ íàêëîííàÿ
âèõðåâàÿ ñèñòåìà, èñòî÷íèê êîòîðîé ðàñïîëàãàåò-
Ðèñ. 4. Òðåõìåðíîå âèõðåâîå òå÷åíèå âíóòðè
ñôåðè÷åñêîé ëóíêè 0:26 äëÿ Red =40000
Ðèñ. 5. Èçìåíåíèå ïóëüñàöèé ïðèñòåíî÷íîãî äàâëåíèÿ
âî âðåìåíè íà êîðìîâîé ñòåíêå ëóíêè
30 Â. À. Âîñêîáîéíèê
ISSN 1028 -7507 Àêóñòè÷íèé âiñíèê. 2011. Òîì 14, N 2. Ñ. 26 � 37
ñÿ íà ïåðåäíåé ñòåíêå ëóíêè, à âûáðîñ ïðîèñõî-
äèò íàä ïðîòèâîïîëîæíîé áîêîâîé ñòîðîíîé êîð-
ìîâîé ñòåíêè. Êàê ïîêàçàëè ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòîâ,
íàêëîííàÿ àñèììåòðè÷íàÿ âèõðåâàÿ ñèñòåìà ïåðè-
îäè÷åñêè ôîðìèðóåòñÿ âíóòðè ëóíêè òî ñ îäíîé åå
ñòîðîíû, òî ñ ïðîòèâîïîëîæíîé [28, 29], ÷òî ñîîò-
âåòñòâóåò êàðòèíå òå÷åíèÿ, ïîêàçàííîé íà ðèñ. 3.
Äëÿ èäåíòèôèêàöèè ïåðåêëþ÷àòåëüíîãî ðåæè-
ìà ôîðìèðîâàíèÿ àñèììåòðè÷íûõ âèõðåâûõ ñòðó-
êòóð, ãåíåðèðóåìûõ âíóòðè ãëóáîêîé ñôåðè÷åñêîé
ëóíêè ïðè åå òóðáóëåíòíîì îáòåêàíèè, èñïîëüçî-
âàëèñü äâà àíñàìáëÿ äàò÷èêîâ ïóëüñàöèé ïðèñòå-
íî÷íîãî äàâëåíèÿ è äàò÷èêîâ ñòàòè÷åñêîãî äàâ-
ëåíèÿ, êîòîðûå óñòàíàâëèâàëèñü â õàðàêòåðíûõ
îáëàñòÿõ ôîðìèðîâàíèÿ è ðàçâèòèÿ àñèììåòðè-
÷íûõ âèõðåâûõ ñòðóêòóð.  ðåçóëüòàòå óäàëîñü
ïîëó÷èòü èíôîðìàöèþ î ïîëå äàâëåíèé íà ïî-
âåðõíîñòè ëóíêè, à òàêæå åãî ïðîñòðàíñòâåííî-
âðåìåííûå êîððåëÿöèè è âçàèìíûå ñïåêòðû, õà-
ðàêòåðèçóþùèå êèíåìàòè÷åñêèå è äèíàìè÷åñêèå
õàðàêòåðèñòèêè èñòî÷íèêîâ ïñåâäîçâóêîâûõ ïóëü-
ñàöèé ïðèñòåíî÷íîãî äàâëåíèÿ, êîòîðûìè ÿâëÿ-
þòñÿ âèõðåâûå ñòðóêòóðû. Èçìåíåíèÿ ïîëÿ äàâ-
ëåíèÿ âî âðåìåíè íà êîðìîâîé ñòåíêå ëóíêè ïðè
Red =40000, èçìåðåííûå íèçêî÷àñòîòíûìè ïüåçî-
ðåçèñòèâíûìè äàò÷èêàìè, ïîêàçàíû íà ðèñ. 5. Äà-
ò÷èêè • 9 è • 11 ðàñïîëàãàëèñü íà ïðîòèâîïîëî-
æíûõ áîêîâûõ ñòîðîíàõ êîðìîâîé ñòåíêè ëóíêè,
êàê ïîêàçàíî íà ðèñ. 2, à äàò÷èê • 4 íàõîäèë-
ñÿ â ñðåäèííîì ñå÷åíèè êîðìîâîé ñòåíêè. Ïóëüñà-
öèè äàâëåíèÿ íîðìèðîâàíû äèíàìè÷åñêèì äàâëå-
íèåì q= �U 2=2, à âðåìÿ � ñðåäíåðàñõîäíîé ñêîðî-
ñòüþ è äèàìåòðîì ëóíêè. Êàê ïîêàçûâàþò ðåçóëü-
òàòû èññëåäîâàíèé, íà áîêîâûõ ñòîðîíàõ êîðìîâîé
ñòåíêè ïóëüñàöèè ïðèñòåíî÷íîãî äàâëåíèÿ íàõîäÿ-
òñÿ â ïðîòèâîôàçå.  ñðåäèííîì ñå÷åíèè êîðìîâîé
ñòåíêè ïîëå ïóëüñàöèé äàâëåíèÿ îñöèëëèðóåò âî-
êðóã íóëåâîãî çíà÷åíèÿ áåç êàêîãî-ëèáî ïðåîáëà-
äàíèÿ ïîëîæèòåëüíûõ èëè îòðèöàòåëüíûõ ïóëü-
ñàöèé. Ïðîòèâîôàçíûå êîëåáàíèÿ íà áîêîâûõ ñòî-
ðîíàõ ëóíêè ïåðåêëþ÷àëèñü íà ïðîòèâîïîëîæíûå
ïðèìåðíî ÷åðåç (30: : :40) c â ïîëíîì ñîîòâåòñòâèè
ñ âèçóàëüíûìè íàáëþäåíèÿìè.
Çíà÷åíèÿ êîýôôèöèåíòà ïðîñòðàíñòâåííî-
âðåìåííîé êîððåëÿöèè, èçìåðåííûå âäîëü êîð-
ìîâîé ñòåíêè ñôåðè÷åñêîé ëóíêè, ïðåäñòàâëåíû
íà ðèñ. 6 è 7. Ðåçóëüòàòû, ïîêàçàííûå íà ðèñ. 6,
ïîëó÷åíû ïîñðåäñòâîì ïüåçîðåçèñòèâíûõ äà-
ò÷èêîâ, êîòîðûå ðåãèñòðèðóþò íèçêî÷àñòîòíûå
ïóëüñàöèè äàâëåíèÿ, à äàííûå ðèñ. 7 èçìåðåíû
ñ ïîìîùüþ ïüåçîêåðàìè÷åñêèõ äàò÷èêîâ, îáëà-
äàþùèõ ïîâûøåííûì áûñòðîäåéñòâèåì. Îáà
êîìïëåêñà èçìåðåíèé ïîêàçûâàþò, ÷òî ìåæäó
äàò÷èêàìè ïóëüñàöèé äàâëåíèÿ, íàõîäÿùèìèñÿ
Ðèñ. 6. Ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííàÿ êîððåëÿöèÿ
ïóëüñàöèé ïðèñòåíî÷íîãî äàâëåíèÿ íà êîðìîâîé
ñòåíêå ëóíêè, èçìåðåííàÿ íèçêî÷àñòîòíûìè
äàò÷èêàìè
Ðèñ. 7. Ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííàÿ êîððåëÿöèÿ
ïóëüñàöèé ïðèñòåíî÷íîãî äàâëåíèÿ íà êîðìîâîé
ñòåíêå ëóíêè, èçìåðåííàÿ ìèíèàòþðíûìè
ïüåçîêåðàìè÷åñêèìè äàò÷èêàìè
íà ïðîòèâîïîëîæíûõ ñòîðîíàõ êîðìîâîé ñòåíêè
îòíîñèòåëüíî åå ñðåäèííîãî ñå÷åíèÿ, íàáëþäà-
þòñÿ ïðîòèâîôàçíûå êîëåáàíèÿ. Èì îòâå÷àåò
êîýôôèöèåíò âçàèìíîé êîððåëÿöèè, èìåþùèé
áîëüøèå îòðèöàòåëüíûå çíà÷åíèÿ ( < � 0:5), ÷òî
óêàçûâàåò íà ïðåîáëàäàíèå â îñöèëëèðóþùåì âè-
õðåâîì äâèæåíèè âáëèçè êîðìîâîé ñòåíêè ëóíêè
êîððåëèðîâàííûõ ñèãíàëîâ, èñòî÷íèêàìè êîòî-
ðûõ ìîãóò áûòü êðóïíîìàñøòàáíûå íàêëîííûå
âèõðåâûå ñèñòåìû. Òàêèå ñèñòåìû ãåíåðèðóþò
ïîíèæåííûå ïóëüñàöèè äàâëåíèÿ íà êîðìîâîé
ñòåíêå [30, 31], ãäå ïðîèñõîäèò âûáðîñ êðóïíîìàñ-
øòàáíîãî âèõðÿ, è ïîâûøåííûå äàâëåíèÿ òàì, ãäå
íàáëþäàåòñÿ óäàðíîå âçàèìîäåéñòâèå âèõðåâûõ
ñòðóêòóð ñëîÿ ñìåøåíèÿ ñ êîðìîâîé ñòåíêîé.
Ýòè æå îñîáåííîñòè îòìå÷àëîñü ïðè àíàëèçå
Â. À. Âîñêîáîéíèê 31
ISSN 1028 -7507 Àêóñòè÷íèé âiñíèê. 2011. Òîì 14, N 2. Ñ. 26 � 37
Ðèñ. 8. Ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííàÿ êîððåëÿöèÿ
ïóëüñàöèé ïðèñòåíî÷íîãî äàâëåíèÿ
íà ïåðåäíåé ñòåíêå ëóíêè
Ðèñ. 9. Âçàèìíàÿ êîððåëÿöèÿ ïóëüñàöèé
ïðèñòåíî÷íîãî äàâëåíèÿ âäîëü ñðåäèííîãî
ñå÷åíèÿ ëóíêè
âðåìåííûõ çàâèñèìîñòåé èçìåíåíèÿ ïóëüñàöèé
äàâëåíèÿ.
 ñðåäèííîì ñå÷åíèè êîðìîâîé ñòåíêè ëóíêè ïî-
ëå ïóëüñàöèé ïðèñòåíî÷íîãî äàâëåíèÿ êîððåëèðî-
âàíî â ôàçå ñ ïîâåðõíîñòíûìè ïóëüñàöèÿìè äàâëå-
íèÿ îäíîé áîêîâîé ÷àñòè êîðìîâîé ñòåíêè ëóíêè
è â ïðîòèâîôàçå ñ äðóãîé ÷àñòüþ ëóíêè. Ïðè ýòîì
ñèíôàçíûå êîëåáàíèÿ ïîëÿ ïóëüñàöèé äàâëåíèÿ â
èññëåäóåìûõ òî÷êàõ îáòåêàåìîé ïîâåðõíîñòè ëóí-
êè íàáëþäàëèñü òàì, ãäå áîëüøèé îòðåçîê âðåìå-
íè íàáëþäåíèé ïðîèñõîäèëî óäàðíîå âçàèìîäåé-
ñòâèå âèõðåâûõ ñòðóêòóð ñëîÿ ñìåøåíèÿ ñ êîðìî-
âîé ñòåíêîé (îáëàñòü ïîâûøåííûõ óðîâíåé ïóëü-
ñàöèé äàâëåíèÿ). Ñëåäóåò òàêæå îòìåòèòü, ÷òî
êîððåëèðîâàííîñòü ñèíôàçíûõ è ïðîòèâîôàçíûõ
êîëåáàíèé íà êîðìîâîé ñòåíêå ïðàêòè÷åñêè îäè-
íàêîâà (êîýôôèöèåíò ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííîé
êîððåëÿöèè äîñòèãàåò çíà÷åíèé ïîðÿäêà 0:2 è 0:4
äëÿ äåìïôèðîâàííîãî è âûñîêî÷àñòîòíîãî äàò÷è-
êîâ ñîîòâåòñòâåííî).
Íà ïåðåäíåé ñòåíêå ñôåðè÷åñêîé ëóíêè, ãäå
ïðîèñõîäèò îòðûâ ïîãðàíè÷íîãî ñëîÿ íàáåãàþùå-
ãî ïîòîêà è çàðîæäàåòñÿ ñëîé ñìåøåíèÿ, òàêæå
íàáëþäàþòñÿ ïðîòèâîôàçíûå è ñèíôàçíûå êîëå-
áàíèÿ òå÷åíèÿ. Îäíàêî çäåñü çíà÷åíèå êîýôôèöè-
åíòà âçàèìíîé êîððåëÿöèè äëÿ äàò÷èêîâ, íàõîäÿ-
ùèõñÿ íà ïðîòèâîïîëîæíûõ áîêîâûõ ñòåíêàõ ëóí-
êè, íåñêîëüêî íèæå, à êîððåëÿöèÿ ìåæäó ïóëü-
ñàöèÿìè ïðèñòåíî÷íîãî äàâëåíèÿ, èçìåðåííûìè â
ñðåäèííîì ñå÷åíèè ëóíêè è íà áîêîâûõ ñòîðîíàõ
ïåðåäíåé ñòåíêè, íàîáîðîò, � âûøå (ðèñ. 8). Ïðè
ýòîì ôóíêöèè âçàèìíîé êîððåëÿöèè â ýòèõ òî÷êàõ
èçìåðåíèé ïðàêòè÷åñêè ñèììåòðè÷íû îòíîñèòåëü-
íî îñè àáñöèññ êàê íà êîðìîâîé, òàê è íà ïåðåäíåé
ñòåíêàõ èññëåäóåìîé ñôåðè÷åñêîé ëóíêè.
 ïðîäîëüíîì ñå÷åíèè ñôåðè÷åñêîé ëóíêè íà-
áëþäàþòñÿ ñèíôàçíûå è ïðîòèâîôàçíûå êîððå-
ëèðîâàííûå ïóëüñàöèè ïðèñòåíî÷íîãî äàâëåíèÿ ñ
ïðåîáëàäàíèåì ñèíôàçíîé ñîñòàâëÿþùåé (ðèñ. 9).
Íàðÿäó ñ ýòèì ìîæíî îòìåòèòü, ÷òî êîððåëèðî-
âàííîñòü â ýòîì ñå÷åíèè ïî÷òè â äâà ðàçà íèæå,
÷åì íà êîðìîâîé ñòåíêå óãëóáëåíèÿ. Êðîìå òî-
ãî, íàèìåíüøèå çíà÷åíèÿ êîýôôèöèåíòà âçàèìíîé
êîððåëÿöèè îáíàðóæåíû ìåæäó äàò÷èêàìè ïóëü-
ñàöèé äàâëåíèÿ, ðàñïîëîæåííûìè âáëèçè êîðìî-
âîé ñòåíêè, à ìàêñèìàëüíûå � ìåæäó äíîì ëóí-
êè è ïåðåäíåé ñòåíêîé. Ñëåäîâàòåëüíî, ïðè ðà-
çðóøåíèè ñëîÿ ñìåøåíèÿ íà êîðìîâîé ñòåíêå ëóí-
êè è òðàíñôîðìàöèè êðóïíîìàñøòàáíûõ âèõðå-
âûõ ñòðóêòóð â ìåëêèå âèõðè, ïåðåìåùàþùèåñÿ
îò êîðìîâîé ñòåíêè êî äíó óãëóáëåíèÿ â ðåçóëü-
òàòå öèðêóëÿöèîííîãî òå÷åíèÿ, îòìå÷àåòñÿ ïî-
íèæåííàÿ êîððåëèðîâàííîñòü ýòèõ ìåëêîìàñøòà-
áíûõ èñòî÷íèêîâ ïóëüñàöèé ïðèñòåíî÷íîãî äàâëå-
íèÿ. Òàêæå ñëåäóåò óêàçàòü, ÷òî êîððåëèðîâàí-
íîñòü ïóëüñàöèé äàâëåíèÿ â ýòîì ñå÷åíèè èìååò
áîëüøèå çíà÷åíèÿ ïðè îòðèöàòåëüíûõ âðåìåíàõ
çàäåðæêè. Ýòî ñâèäåòåëüñòâóåò î òîì, ÷òî êîððå-
ëèðîâàííûå èñòî÷íèêè ïóëüñàöèé, êîòîðûìè ÿâ-
ëÿþòñÿ âèõðåâûå ñòðóêòóðû, ãåíåðèðóåìûå âíó-
òðè ëóíêè, ïåðåìåùàþòñÿ îò êîðìîâîé ñòåíêè ëóí-
êè âäîëü åå äíà ê ïåðåäíåé ñòåíêå.
Êàê ïîêàçàíî íà ðèñ. 10, à, ôóíêöèÿ êîãåðåí-
òíîñòè ìåæäó äàò÷èêàìè ïóëüñàöèé ïðèñòåíî÷íî-
ãî äàâëåíèÿ, íàõîäÿùèìèñÿ íà êîðìîâîé ñòåíêå
ñôåðè÷åñêîé ëóíêè, áëèçêà ê íóëåâîìó çíà÷åíèþ
(ìåæäó ñèãíàëàìè îòñóòñòâóåò ëèíåéíàÿ ñâÿçü)
â îáëàñòè âûñîêèõ ÷àñòîò.  îáëàñòè æå íèç-
êèõ ÷àñòîò, îáóñëîâëåííûõ äåéñòâèåì êðóïíîìàñ-
øòàáíûõ âèõðåâûõ ñòðóêòóð (èñòî÷íèêîâ ïóëüñà-
öèé ïðèñòåíî÷íîãî äàâëåíèÿ), ôóíêöèÿ êîãåðåí-
òíîñòè � íåíóëåâàÿ è íà îòäåëüíûõ ÷àñòîòíûõ êîì-
32 Â. À. Âîñêîáîéíèê
ISSN 1028 -7507 Àêóñòè÷íèé âiñíèê. 2011. Òîì 14, N 2. Ñ. 26 � 37
ïîíåíòàõ ïðèíèìàåò äîâîëüíî âûñîêèå çíà÷åíèÿ
(> 0:5). Äëÿ íàãëÿäíîñòè è àíàëèçà ðåçóëüòàòîâ
èññëåäîâàíèé íèçêî÷àñòîòíàÿ ÷àñòü ôóíêöèé êî-
ãåðåíòíîñòè ïðåäñòàâëåíà â áîëüøåì ìàñøòàáå íà
ðèñ. 10,á. Íà ýòîì ãðàôèêå îò÷åòëèâî ïðîñìàòðè-
âàþòñÿ òîíàëüíûå ïîäúåìû çàâèñèìîñòåé ôóíê-
öèé êîãåðåíòíîñòè íà ÷àñòîòàõ ïîðÿäêà 13, 15 è
18 Ãö, à òàêæå â îáëàñòè èíôðàíèçêèõ ÷àñòîò äî
2 Ãö. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî ïðè 18 Ãö íàáëþäàåò-
ñÿ äîâîëüíî âûñîêàÿ êîððåëèðîâàííîñòü èññëåäóå-
ìûõ ñèãíàëîâ ïóëüñàöèé ïðèñòåíî÷íîãî äàâëåíèÿ
ïî âñåé øèðèíå êîðìîâîé ñòåíêè ëóíêè. Îäíàêî
íàèáîëüøàÿ êîãåðåíòíîñòü íà ýòîé ÷àñòîòå èìååò
ìåñòî ìåæäó äàò÷èêàìè ïóëüñàöèé äàâëåíèÿ • 9
è • 4. Ìàêñèìóì ôóíêöèè êîãåðåíòíîñòè îòìå÷åí
ìåæäó êðàéíèìè èññëåäóåìûìè èçìåðèòåëüíûìè
òî÷êàìè íà êîðìîâîé ñòåíêå � äàò÷èêàìè • 9 è
• 11 � íà ÷àñòîòå ïîðÿäêà (0:02: : : 0:05) Ãö.
Êàê ïîêàçàëè âèçóàëüíûå èññëåäîâàíèÿ, à òàê-
æå èçìåðåíèå ïîëÿ ïóëüñàöèé ñêîðîñòè è äàâëå-
íèÿ, ýòà ÷àñòîòà îáóñëîâëåíà äåéñòâèåì ïåðåêëþ-
÷àòåëüíîãî ìåõàíèçìà ãåíåðàöèè è ðàçâèòèÿ êðó-
ïíîìàñøòàáíûõ íàêëîííûõ âèõðåâûõ ñòðóêòóð.
Ïåðåêëþ÷åíèå âèõðåâûõ ñòðóêòóð èç îäíîé áîêî-
âîé ÷àñòè ëóíêè â äðóãóþ è âûáðîñ âèõðåé â ïî-
ãðàíè÷íûé ñëîé ïîçàäè ëóíêè ïðåäñòàâëÿåò ñî-
áîé íèçêî÷àñòîòíûé ìîäóëèðóþùèé êîëåáàòåëü-
íûé ïðîöåññ, îêàçûâàþùèé ñóùåñòâåííîå âëèÿíèå
íà ôîðìèðîâàíèå âèõðåé âíóòðè ëóíêè, à òàêæå
íà âèõðåâîå òå÷åíèå ïîçàäè íåå. Ôóíêöèÿ êîãå-
ðåíòíîñòè ìåæäó èçìåðèòåëüíîé òî÷êîé, íàõîäÿ-
ùåéñÿ íà êîðìîâîé ñòåíêå â ñðåäèííîì ñå÷åíèè
ëóíêè (äàò÷èê • 4), è èçìåðèòåëüíûìè òî÷êàìè,
ðàñïîëîæåííûìè íà áîêîâûõ êîðìîâûõ åå ÷àñòÿõ
(äàò÷èêè • 9 è • 11), èìååò âûñîêèå çíà÷åíèÿ
(âïëîòü äî 0:5) íà ÷àñòîòàõ, ïðåäñòàâëÿþùèõ ñî-
áîé âûñøèå ãàðìîíèêè ÷àñòîòû ïåðåêëþ÷àòåëüíî-
ãî ïðîöåññà (ñì. ðèñ. 10, á).  îáëàñòè ÷àñòîò ïî-
ðÿäêà (10: : :20) Ãö íàáëþäàåòñÿ äîâîëüíî âûñî-
êàÿ êîððåëèðîâàííîñòü ïóëüñàöèé ïðèñòåíî÷íîãî
äàâëåíèÿ ïî âñåé êîðìîâîé ñòåíêå ëóíêè, ÷òî îá-
óñëîâëåíî ÷àñòîòîé âðàùåíèÿ àñèììåòðè÷íîãî âè-
õðÿ è óäàðíûì âçàèìîäåéñòâèåì âèõðåâûõ ñòðó-
êòóð ñëîÿ ñìåøåíèÿ ñ êîðìîâîé ñòåíêîé.
Ôóíêöèè êîãåðåíòíîñòè ïóëüñàöèé ïðèñòåíî-
÷íîãî äàâëåíèÿ, èçìåðåííûå íà ïåðåäíåé ñòåíêå
ñôåðè÷åñêîé ëóíêè, ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ. 11, à
è á â ðàçëè÷íûõ ìàñøòàáàõ ïî ÷àñòîòå äëÿ íà-
ãëÿäíîñòè ïðîâåäåíèÿ ÷àñòîòíîãî àíàëèçà äàí-
íûõ.  îáëàñòè âûñîêèõ ÷àñòîò êîãåðåíòíîñòü ìå-
æäó èçìåðèòåëüíûìè òî÷êàìè, ðàñïîëîæåííûìè
âäîëü ïåðåäíåé ñòåíêè ëóíêè, îòñóòñòâóåò, à êîð-
ðåëèðîâàííûìè îñòàþòñÿ òîëüêî íèçêî÷àñòîòíûå
ïóëüñàöèè. Ïðè ýòîì ôóíêöèÿ êîãåðåíòíîñòè èìå-
åò âûñîêèå çíà÷åíèÿ â óçêèõ ÷àñòîòíûõ ïîëî-
ñàõ, îãðàíè÷åííûõ ñâåðõó ÷àñòîòîé ïîðÿäêà 40Ãö.
Ýòî ñâèäåòåëüñòâóåò î òîì, ÷òî âäîëü ïåðåäíåé
ñòåíêè ëóíêè íåò êîððåëèðîâàííûõ ìåëêîìàñøòà-
áíûõ èñòî÷íèêîâ ïóëüñàöèé ïðèñòåíî÷íîãî äàâëå-
íèÿ, îáóñëàâëèâàþùèõ âûñîêî÷àñòîòíûå ïóëüñà-
öèè, à âäîëü íåå êîíâåêòèðóþò êîððåëèðîâàííûå
êðóïíîìàñøòàáíûå âèõðåâûå ñòðóêòóðû, ãåíåðè-
ðóþùèå òîíàëüíûå ïóëüñàöèîííûå ïîëÿ ñêîðîñòåé
è äàâëåíèé.
Íèçêî÷àñòîòíàÿ ÷àñòü ôóíêöèé êîãåðåíòíîñòè
ïóëüñàöèé äàâëåíèÿ íà ïåðåäíåé ñòåíêå ëóíêè,
ïðåäñòàâëåííàÿ íà ðèñ. 11, á, ïîêàçûâàåò, ÷òî â äè-
àïàçîíå ÷àñòîò ïîðÿäêà (10: : :20) Ãö íàáëþäàåò-
ñÿ î÷åíü âûñîêàÿ êîððåëèðîâàííîñòü ïóëüñàöèé.
Îíà ñîõðàíÿåòñÿ âäîëü âñåé ïåðåäíåé ñòåíêè ëóí-
êè, à åå ìàêñèìóì íàáëþäàåòñÿ íà ÷àñòîòå ïîðÿä-
êà 18 Ãö, ïîäîáíî ïîëþ ïóëüñàöèé ïðèñòåíî÷íî-
ãî äàâëåíèÿ íà êîðìîâîé ñòåíêå. Êðîìå òîãî, äèñ-
êðåòíûå ïîäúåìû çíà÷åíèé ôóíêöèé êîãåðåíòíî-
ñòè èìåþò ìåñòî íà ãàðìîíèêàõ âûñøèõ ïîðÿäêîâ
îñíîâíîé ÷àñòîòû è åå ñóáãàðìîíèêàõ, ïîä÷èíÿ-
ÿñü çàêîíàì áèñïåêòðàëüíîãî àíàëèçà, ãäå ÷àñòî-
òû óäîâëåòâîðÿþò ðàâåíñòâó f 3 = f 1+ f 2. Ìåæäó
áîêîâûìè ñòîðîíàìè ïåðåäíåé ñòåíêè ëóíêè âûñî-
êèå óðîâíè êîãåðåíòíîñòè íàáëþäàþòñÿ íà èíôðà-
íèçêèõ ÷àñòîòàõ, îòâå÷àþùèõ ìîäóëèðóþùåé ÷à-
ñòîòå ïåðåêëþ÷àòåëüíîãî ìåõàíèçìà âèõðåîáðàçî-
âàíèÿ âíóòðè ëóíêè. Íà áîêîâîé ñòîðîíå, ãäå ðà-
ñïîëàãàåòñÿ èñòî÷íèê ìåíåå èíòåíñèâíîãî àñèììå-
òðè÷íîãî íàêëîííîãî âèõðÿ, îòíîñèòåëüíî âûñî-
êàÿ êîãåðåíòíîñòü ðåãèñòðèðóåòñÿ íà ÷àñòîòå ïî-
ðÿäêà (1 : : : 1:5) Ãö, â òî âðåìÿ êàê â îáëàñòè ðàñïî-
ëîæåíèÿ èñòî÷íèêà áîëåå èíòåíñèâíîãî âèõðÿ ïî-
âûøåííàÿ êîãåðåíòíîñòü îòìå÷åíà íà âòîðîé ãàð-
ìîíèêå îñíîâíîé ÷àñòîòû îñöèëëÿöèé ïîëÿ ïóëü-
ñàöèé ïðèñòåíî÷íîãî äàâëåíèÿ (îêîëî 36 Ãö).
Ôóíêöèè êîãåðåíòíîñòè, èçìåðåííûå âäîëü ñðå-
äèííîãî ñå÷åíèÿ îáòåêàåìîé ïîâåðõíîñòè ëóíêè,
êàðäèíàëüíûì îáðàçîì îòëè÷àþòñÿ îò ôóíêöèé
êîãåðåíòíîñòè äëÿ êîðìîâîé è ïåðåäíåé ñòåíîê
ñôåðè÷åñêîé ëóíêè (ñðàâíè ðèñ. 10, 11 è 12). Òàê,
â îñåâîì ñå÷åíèè ëóíêè çíà÷èòåëüíàÿ êîãåðåí-
òíîñòü ïóëüñàöèé ïðèñòåíî÷íîãî äàâëåíèÿ íàáëþ-
äàåòñÿ â îáëàñòè âûñîêèõ ÷àñòîò. Ïðè ýòîì íàèáî-
ëåå êîððåëèðîâàíû äàâëåíèÿ, èçìåðåííûå íà ïå-
ðåäíåé è êîðìîâîé ñòåíêàõ ëóíêè � ìåæäó äàò÷è-
êàìè • 2 è • 4. Ìåæäó ýòèìè òî÷êàìè èçìå-
ðåíèé êîãåðåíòíîñòü ìàêñèìàëüíà â îáëàñòè ÷à-
ñòîò ïîðÿäêà 18 Ãö (ñì. ðèñ. 12, à). Ìèíèìàëü-
íûå çíà÷åíèÿ ôóíêöèè êîãåðåíòíîñòè íàáëþäàþ-
òñÿ äëÿ ïîëÿ ïóëüñàöèé äàâëåíèÿ, èçìåðåííîãî ìå-
æäó êîðìîâîé ñòåíêîé ëóíêè è åå äíîì. Ýòà òåí-
äåíöèÿ ïðîñëåæèâàåòñÿ êàê íà âûñîêèõ ÷àñòîòàõ,
Â. À. Âîñêîáîéíèê 33
ISSN 1028 -7507 Àêóñòè÷íèé âiñíèê. 2011. Òîì 14, N 2. Ñ. 26 � 37
à á
Ðèñ. 10. Ôóíêöèÿ êîãåðåíòíîñòè ïóëüñàöèé ïðèñòåíî÷íîãî äà âëåíèÿ íà êîðìîâîé ñòåíêå ñôåðè÷åñêîé ëóíêè:
à � øèðîêèé äèàïàçîí; à � íèçêî÷àñòîòíûé äèàïàçîí
à á
Ðèñ. 11. Ôóíêöèÿ êîãåðåíòíîñòè ïóëüñàöèé ïðèñòåíî÷íîãî äà âëåíèÿ íà ïåðåäíåé ñòåíêå ñôåðè÷åñêîé ëóíêè:
à � øèðîêèé äèàïàçîí; à � íèçêî÷àñòîòíûé äèàïàçîí
à á
Ðèñ. 12. Ôóíêöèÿ êîãåðåíòíîñòè ïóëüñàöèé ïðèñòåíî÷íîãî äà âëåíèÿ âäîëü ñðåäèííîãî ñå÷åíèÿ ëóíêè:
à � øèðîêèé äèàïàçîí; à � íèçêî÷àñòîòíûé äèàïàçîí
34 Â. À. Âîñêîáîéíèê
ISSN 1028 -7507 Àêóñòè÷íèé âiñíèê. 2011. Òîì 14, N 2. Ñ. 26 � 37
ãäå ïóëüñàöèè äàâëåíèÿ îáóñëîâëåíû äåéñòâèåì
ìåëêîìàñøòàáíûõ âûñîêî÷àñòîòíûõ âèõðåé, òàê
è íà íèçêèõ (ñì. ðèñ. 12, á).  îòëè÷èå îò èññëå-
äîâàíèé íà êîðìîâîé è ïåðåäíåé ñòåíêàõ ëóíêè,
â îñåâîì ñå÷åíèè åå îáòåêàåìîé ïîâåðõíîñòè êî-
ãåðåíòíîñòü ïóëüñàöèé äàâëåíèÿ â èíôðàíèçêîé
îáëàñòè ñïåêòðà íå íàáëþäàåòñÿ. Ïî âñåé âèäèìî-
ñòè, èíòåíñèâíîñòü äâèæåíèÿ âèõðåâûõ ñòðóêòóð
â ñðåäèííîì ñå÷åíèè ëóíêè, îáóñëîâëåííàÿ ïåðå-
êëþ÷àòåëüíûì ìåõàíèçìîì ãåíåðàöèè êðóïíîìàñ-
øòàáíûõ âèõðåé, íåçíà÷èòåëüíà.  îáëàñòè ÷àñòîò
ïîðÿäêà (10: : :20) Ãö â ýòîì ñå÷åíèè ïîëóñôåðè-
÷åñêîé ëóíêè êîãåðåíòíîñòü äîâîëüíî âûñîêà (ñì.
ðèñ. 12,á), õîòÿ è íèæå, ÷åì íà êîðìîâîé è â îñî-
áåííîñòè ïåðåäíåé ñòåíêàõ. Ïðè ýòîì äëÿ èññëå-
äóåìûõ èçìåðèòåëüíûõ òî÷åê îáòåêàåìîé ïîâåðõ-
íîñòè ïèêîâûå çíà÷åíèÿ ôóíêöèé êîãåðåíòíîñòè
èìåþò ìåñòî íà ÷àñòîòàõ ïîðÿäêà 13 è 18 Ãö, à èõ
ìàêñèìóì íàáëþäàåòñÿ äëÿ êîãåðåíòíîñòè ìåæäó
äàò÷èêàìè • 2 è • 4. Êîãåðåíòíîñòü ïóëüñàöèé
ïðèñòåíî÷íîãî äàâëåíèÿ ìåæäó äíîì ëóíêè è êîð-
ìîâîé, à òàêæå ïåðåäíåé ñòåíêàìè ëóíêè äëÿ ýòèõ
÷àñòîò ïî÷òè â äâà ðàçà íèæå.
3. ÎÁÑÓÆÄÅÍÈÅ È ÀÍÀËÈÇ ÐÅÇÓËÜÒÀ-
ÒÎÂ
Êàê ïîêàçàëè âèçóàëüíûå èññëåäîâàíèÿ è èçìå-
ðåíèå ïîëÿ ïóëüñàöèé ïðèñòåíî÷íîãî äàâëåíèÿ íà
ïîâåðõíîñòè ãëóáîêîé ñôåðè÷åñêîé ëóíêè, îáòåêà-
åìîé òóðáóëåíòíûì ïîòîêîì, âíóòðè ëóíêè ôîð-
ìèðóåòñÿ ñëîæíîå âèõðåâîå òå÷åíèå, êîòîðîå ïå-
ðèîäè÷åñêè âûáðàñûâàåòñÿ íàðóæó.  ëóíêå ãåíå-
ðèðóþòñÿ êðóïíîìàñøòàáíûå àñèììåòðè÷íûå âè-
õðåâûå ñòðóêòóðû, ðàñïîëàãàþùèåñÿ íàêëîííî ê
íàïðàâëåíèþ íàáåãàþùåãî ïîòîêà. Ýòè ñòðóêòó-
ðû èìåþò èñòî÷íèê íà ïåðåäíåé ñòåíêå â åå ïðè-
äîííîé ÷àñòè, íåñêîëüêî ñáîêó îò ñðåäèííîãî ñå-
÷åíèÿ ëóíêè. Ñòîê âèõðåâîé ñòðóêòóðû íàõîäèòñÿ
íàä ïðîòèâîïîëîæíîé êîðìîâîé ñòåíêîé. Ïåðèî-
äè÷åñêè âèõðåâàÿ ñòðóêòóðà âûáðàñûâàåòñÿ íàðó-
æó íàä êîðìîâîé ñòåíêîé ëóíêè ïîä óãëîì ïî-
ðÿäêà 45� ê íàïðàâëåíèþ òå÷åíèÿ. Ñ óâåëè÷åíè-
åì ñêîðîñòè ïîòîêà óãîë âûáðîñà âîçðàñòàåò (íà-
ïðèìåð, ïðè Red = 60000 îí äîñòèãàåò 60� ). Èñ-
ñëåäîâàíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî äëÿ òóðáóëåíòíîãî ðå-
æèìà òå÷åíèÿ íàáëþäàåòñÿ ïåðåêëþ÷åíèå âèõðå-
âîãî òå÷åíèÿ èç îäíîãî íàêëîííîãî ïîëîæåíèå â
äðóãîå, ÷òî ïðèâîäèò ê ïîÿâëåíèþ âûáðîñà àñèì-
ìåòðè÷íîé ñòðóêòóðû íàä ïðîòèâîïîëîæíîé áîêî-
âîé ÷àñòüþ êîðìîâîé ñòåíêè. Âèõðåâàÿ ñòðóêòóðà
íàõîäèòñÿ â îäíîì èç âîçìîæíûõ íàêëîííûõ ïîëî-
æåíèé â ñðåäíåì ïîðÿäêà (30: : :40) c, íî íåðåäêî
ýòè èíòåðâàëû îêàçûâàþòñÿ êîðî÷å.
Ïåðåêëþ÷åíèå âèõðåâîãî òå÷åíèÿ èç îäíîãî íà-
êëîííîãî ïîëîæåíèÿ â äðóãîå âûçûâàåò èçìåíå-
íèÿ ïîëÿ ïóëüñàöèé äàâëåíèÿ êàê íà ïåðåäíåé,
òàê è íà êîðìîâîé ñòåíêå. Îñöèëëÿöèè äàâëå-
íèÿ íà áîêîâûõ ñòîðîíàõ ïîëóñôåðè÷åñêîé ëóí-
êè èìåþò ïðîòèâîôàçíûé õàðàêòåð. Ïðè ýòîì ïå-
ðåêëþ÷åíèå ïðîèñõîäèò ÷åðåç áåçðàçìåðíîå âðåìÿ
tU=d� (600: : :700).
Åñëè ïðåäïîëîæèòü, ÷òî ÷àñòîòà 18 Ãö, íàáëþ-
äàåìàÿ íà âñåõ èçìåðåííûõ ôóíêöèÿõ êîãåðåí-
òíîñòè, ÿâëÿåòñÿ ÷àñòîòîé âðàùåíèÿ êðóïíîìàñ-
øòàáíûõ àñèììåòðè÷íûõ âèõðåé, òî ìîæíî îöå-
íèòü èõ ìàñøòàá. Ïðåäïîëîæèì, ÷òî ëèíåéíàÿ
ñêîðîñòü âðàùåíèÿ òàêîãî âèõðÿ ñîñòàâëÿåò ïî-
ðÿäêà (0:5 : : :0:6) ñêîðîñòè ïîòîêà. Êàê óêàçàíî â
èññëåäîâàíèÿõ [23,28, 32, 33], ýòà ñêîðîñòü áëèçêà
ê ñêîðîñòè ïåðåíîñà âèõðåâûõ ñòðóêòóð ñäâèãî-
âîãî ñëîÿ. Òîãäà, ó÷èòûâàÿ çàâèñèìîñòü Uv = !r v ,
ãäå Uv � ëèíåéíàÿ ñêîðîñòü âèõðÿ, f = != 2� � ÷à-
ñòîòà åãî âðàùåíèÿ, à r v � ðàäèóñ àñèììåòðè÷íî-
ãî íàêëîííîãî âèõðÿ, ïîëó÷àåì, ÷òî ðàäèóñ âèõðÿ
ñîñòàâëÿåò ïîðÿäêà (4 : : : 5) ìì. Åñëè ïðèíÿòü âî
âíèìàíèå, ÷òî èññëåäóåìàÿ ëóíêà èìååò ãëóáèíó
12 ìì, à åå ðàäèóñ ñîñòàâëÿåò 23ìì, òî êðóïíîìàñ-
øòàáíûé âèõðü, ðàñïîëàãàþùèéñÿ íàêëîííî ïîä
óãëîì 45� ê íàïðàâëåíèþ ïîòîêà âïîëíå ìîæåò
èìåòü ýêâèâàëåíòíûé ðàäèóñ ïîðÿäêà (4 : : : 5) ìì,
âðàùàòüñÿ ñ ÷àñòîòîé18Ãö è ëèíåéíîé ñêîðîñòüþ,
áëèçêîé ê 0:5U.
Òàêèì îáðàçîì, êðóïíîìàñøòàáíûå àñèììå-
òðè÷íûå âèõðè, ïåðåêëþ÷àþùèåñÿ èç îäíîé
áîêîâîé ÷àñòè ëóíêè â ïðîòèâîïîëîæíóþ
ñ ÷àñòîòîé áëèçêîé ê (0:02: : :0:03) Ãö èëè
St= fd=U =(0 :001: : :0:002), èìåþò ïîïåðå÷íûé
ìàñøòàá ïîðÿäêà 10 ìì èëè 0:2d. Ýòè âèõðè
âðàùàþòñÿ ñ ÷àñòîòîé îêîëî 18 Ãö (St � 1). Îíè
ãåíåðèðóþò ïðîòèâîôàçíûå ïóëüñàöèè ïðèñòå-
íî÷íîãî äàâëåíèÿ, êîòîðûå ðåãèñòðèðóþòñÿ íà
ïðîòèâîïîëîæíûõ áîêîâûõ ñòîðîíàõ ïåðåäíåé è
êîðìîâîé ñòåíîê ñôåðè÷åñêîé ëóíêè. Êðîìå òîãî,
áîëüøèå çíà÷åíèÿ àíòèêîððåëÿöèè íà áîêîâûõ
ñòîðîíàõ ëóíêè îáóñëîâëåíû íèçêî÷àñòîòíûìè
êîëåáàíèÿìè, íàáëþäàåìûìè â çàâèñèìîñòÿõ
ôóíêöèé êîãåðåíòíîñòè ìåæäó ñîîòâåòñòâóþùè-
ìè èçìåðèòåëüíûìè òî÷êàìè ïóëüñàöèé ïîëíîãî
è ïðèñòåíî÷íîãî äàâëåíèé. Ìåæäó äàò÷èêàìè,
ðàñïîëîæåííûìè â îñåâîì ñå÷åíèè ëóíêè, à òàêæå
òåìè, êîòîðûå íàõîäÿòñÿ íà áîêîâûõ ÷àñòÿõ
ïåðåäíåé è êîðìîâîé ñòåíîê, íå çàðåãèñòðèðîâàíî
íè ñóùåñòâåííûõ ïðîòèâîôàçíûõ êîððåëÿöèé,
íè êîãåðåíòíîñòè â íèçêî÷àñòîòíûõ îáëàñòÿõ.
Âäîëü ïðèäîííîé ÷àñòè ëóíêè, ïðîõîäÿùåé ïî
åå ñðåäèííîìó ñå÷åíèþ, íàáëþäàåòñÿ äîâîëüíî
çíà÷èòåëüíàÿ âçàèìíàÿ êîððåëÿöèÿ. Îíà îá-
Â. À. Âîñêîáîéíèê 35
ISSN 1028 -7507 Àêóñòè÷íèé âiñíèê. 2011. Òîì 14, N 2. Ñ. 26 � 37
óñëîâëåíà ÷àñòîòîé âðàùåíèÿ âèõðÿ, à òàêæå
êîëåáàíèÿìè âèõðåâîãî òå÷åíèÿ íà åå ñóáãàð-
ìîíèêàõ è âûñøèõ ãàðìîíèêàõ, âîçáóæäàåìûõ
òðàíñôîðìàöèåé ýòèõ âèõðåâûõ ñòðóêòóð, à
òàêæå íåëèíåéíûì èõ âçàèìîäåéñòâèåì ìåæäó
ñîáîé è îáòåêàåìîé ïîâåðõíîñòüþ [34, 35]. Íàðÿäó
ñ ýòèì, ôóíêöèè êîãåðåíòíîñòè ìåæäó ïàðàìè
äàò÷èêîâ, óñòàíîâëåííûìè âäîëü ñðåäèííîãî
ñå÷åíèÿ ëóíêè, íàñûùåíû êîððåëèðîâàííûìè
âûñîêî÷àñòîòíûìè ïóëüñàöèÿìè äàâëåíèÿ ïðè
îòñóòñòâèè êîððåëèðîâàííûõ íèçêî÷àñòîòíûõ
ïóëüñàöèé.
ÂÛÂÎÄÛ
1. Âíóòðè ëóíêè ôîðìèðóþòñÿ êðóïíîìàñøòà-
áíûå àñèììåòðè÷íûå âèõðåâûå ñòðóêòóðû,
èñòî÷íèê êîòîðûõ íàõîäèòñÿ íà ïåðåäíåé
ñòåíêå ëóíêè íåñêîëüêî ñáîêó îò ñðåäèííîãî
ñå÷åíèÿ ëóíêè, à ñòîê ðàñïîëàãàåòñÿ íà ïðîòè-
âîïîëîæíîé áîêîâîé ñòîðîíå êîðìîâîé ñòåí-
êè ëóíêè, ò. å. âèõðü èìååò íàêëîííîå ïîëîæå-
íèå è ïåðåñåêàåò ñðåäèííîå ñå÷åíèå ëóíêè. Ñî-
âåðøàÿ êîëåáàòåëüíîå äâèæåíèå, àñèììåòðè-
÷íûé âèõðü ïåðèîäè÷åñêè âûáðàñûâàåòñÿ íàä
êîðìîâîé ñòåíêîé ïîä óãëîì, êîòîðûé ðàñòåò
ñ óâåëè÷åíèåì ñêîðîñòè òóðáóëåíòíîãî òå÷å-
íèÿ. Óñòàíîâëåíî, ÷òî ïðè ÷èñëå Ðåéíîëüä-
ñà Red =40000 óãîë âûáðîñà âèõðÿ ðàâåí ïðè-
áëèçèòåëüíî 45� , à ïðè Red =60000 � óæå ïî-
÷òè 60� . Ïðè Red =40000, íàõîäÿñü â íàêëîí-
íîì ïîëîæåíèè ïîðÿäêà (30: : :40) ñ, àñèììå-
òðè÷íûé âèõðü ïåðåêëþ÷àåòñÿ â ïðîòèâîïîëî-
æíóþ áîêîâóþ ÷àñòü ëóíêè è â òå÷åíèå òàêî-
ãî æå (èëè ìåíüøåãî) âðåìåííîãî ïðîìåæóòêà
âûáðàñûâàåòñÿ íàä ïðîòèâîïîëîæíîé áîêîâîé
ñòîðîíîé êîðìîâîé ñòåíêè ëóíêè.
2. Îáíàðóæåíî, ÷òî ïðè ïåðåêëþ÷åíèè âèõðå-
âîãî òå÷åíèÿ èç îäíîé ñòîðîíû ëóíêè â
äðóãóþ ïîëå ïóëüñàöèé ïðèñòåíî÷íîãî äàâ-
ëåíèÿ ñîâåðøàåò ïðîòèâîôàçíûå êîëåáàíèÿ
â ïîëîâèíêàõ ëóíêè, ðàçäåëåííûõ ïðîäîëü-
íîé îñåâîé ïëîñêîñòüþ. Ýòî ïîäòâåðæäàå-
òñÿ èçìåðåíèÿìè ñ ïîìîùüþ äàò÷èêîâ äàâ-
ëåíèÿ, ðàñïîëîæåííûõ íà áîêîâûõ ñòîðîíàõ
ïåðåäíåé è êîðìîâîé ñòåíîê ïîëóñôåðè÷å-
ñêîé ëóíêè. Ïðè ýòîì ìåæäó ïàðàìè äàò÷è-
êîâ, óñòàíîâëåííûìè íà ïðîòèâîïîëîæíûõ
áîêîâûõ ñòåíêàõ, îòìå÷àþòñÿ âûñîêèå óðîâ-
íè ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííîé àíòèêîððåëÿ-
öèè. Êîãåðåíòíîñòü ïîëÿ ïóëüñàöèé äàâëåíèÿ
â ýòèõ òî÷êàõ èçìåðåíèÿ èìååò âûñîêèå çíà-
÷åíèÿ íà îïðåäåëåííûõ ÷àñòîòàõ, îòâå÷àþùèõ
÷àñòîòàì ïåðåêëþ÷àòåëüíîãî ðåæèìà âèõðå-
âîãî òå÷åíèÿ, ÷àñòîòàì âûáðîñîâ âèõðåâûõ
ñòðóêòóð íàðóæó èç ëóíêè, ÷àñòîòàì èõ âðà-
ùåíèÿ, à òàêæå ñóáãàðìîíèêàì è ãàðìîíèêàì
âûñøèõ ïîðÿäêîâ.
3. Óñòàíîâëåíî, ÷òî êðóïíîìàñøòàáíûå àñèììå-
òðè÷íûå âèõðåâûå ñòðóêòóðû èìåþò ïðîäîëü-
íûé ðàçìåð ïîðÿäêà äèàìåòðà ëóíêè è ïî-
ïåðå÷íûé ýêâèâàëåíòíûé ðàäèóñ îêîëî 0:1d.
Îíè íàêëîíåíû â ïëîñêîñòè ëóíêè ïîä óãëîì
ïîðÿäêà (45: : :60)� â çàâèñèìîñòè îò ñêîðî-
ñòè ïîòîêà, à ÷àñòîòà èõ âðàùåíèÿ, íàïðè-
ìåð, äëÿ Red =40000 ñîñòàâëÿåò îêîëî 18 Ãö,
÷òî ñîîòâåòñòâóåò ÷èñëó Ñòðóõàëÿ ïîðÿäêà
1. Âäîëü ñðåäèííîãî ñå÷åíèÿ ëóíêè êîððå-
ëèðîâàííîñòü ïîëÿ ïóëüñàöèé ïðèñòåíî÷íîãî
äàâëåíèÿ â çíà÷èòåëüíîé ñòåïåíè îáóñëîâëå-
íà âûñîêî÷àñòîòíûìè ïóëüñàöèÿìè. Èñòî÷íè-
êàìè èõ ÿâëÿþòñÿ ìåëêîìàñøòàáíûå âèõðè,
çàðîæäàþùèåñÿ, ïðåèìóùåñòâåííî, íà êîðìî-
âîé ñòåíêå ëóíêè ïðè ðàçðóøåíèè êðóïíîìàñ-
øòàáíîãî âèõðÿ è ïðè óäàðíîì âçàèìîäåé-
ñòâèè âèõðåâûõ ñòðóêòóð ñäâèãîâîãî ñëîÿ ñ
ýòîé ñòåíêîé.
ÁËÀÃÎÄÀÐÍÎÑÒÈ
Àâòîð âûðàæàåò áëàãîäàðíîñòü è èñêðåííþþ
ïðèçíàòåëüíîñòü ïðîô. Í. Â. Êîðíåâó, ïðîô.
Ã. À. Âîðîïàåâó è ïðîô. Ñ. À. Èñàåâó çà àêòèâ-
íîå ó÷àñòèå â îáñóæäåíèè è àíàëèçå ðåçóëüòà-
òîâ èññëåäîâàíèé, äîêò. òåõí. íàóê Â. Ë. Æäà-
íîâó è êàíä. òåõí. íàóê À. Â. Âîñêîáîéíèêó çà
ó÷àñòèå â ïðîâåäåíèè ýêñïåðèìåíòàëüíûõ ðà-
áîò è îáðàáîòêå ðåçóëüòàòîâ èññëåäîâàíèé.
Ðàáîòà âûïîëíåíà â õîäå íàó÷íîé ñòàæèðîâêè
àâòîðà â Óíèâåðñèòåòå ã. Ðîñòîê (Ãåðìàíèÿ)
ïðè îðãàíèçàöèîííîé è ôèíàíñîâîé ïîääåðæ-
êå Íåìåöêîé ñëóæáû àêàäåìè÷åñêèõ îáìåíîâ
(DAAD).
1. Ïåòðîâñêèé Â. Ñ. Ãèäðîäèíàìè÷åñêèå ïðîáëåìû
òóðáóëåíòíîãî øóìà.� Ë.: Ñóäîñòðîåíèå, 1966.�
252 ñ.
2. Ñìîëüÿêîâ À. Â. Øóì òóðáóëåíòíûõ ïîòîêîâ.� Ñ.-
Ïá.: ÖÍÈÈ èì. àêàä. À. È. Êðûëîâà, 2005.� 312 ñ.
3. Blake W. K. Mechanics of �ow-induced sound and vi-
bration: in 2 vols.� New York: Academic Press, 1986.�
974 p.
4. Bull M. K. Wall-pressure �uctuations beneath
turbulent boundary layers: Some re�ections on forty
years of research // J. Sound Vib.� 1996.� 190, • 3.�
P. 299�315.
36 Â. À. Âîñêîáîéíèê
ISSN 1028 -7507 Àêóñòè÷íèé âiñíèê. 2011. Òîì 14, N 2. Ñ. 26 � 37
5. Dowling A. P. Underwater �ow noise // Theor.
Comput. Fluid Dyn.� 1998.� 10.� P. 135�153.
6. Dhanak M. R., Dowling A. P. On the pressure
�uctuations induced by coherent vortex motion near
a surface // AIAA Pap.� 1995.� • 2240.� P. 1�15.
7. Dhanak M. R., Dowling A. P., Si C. Coherent vortex
model for surface pressure �uctuations induced by the
wall region of a turbulent boundary layer // Phys.
Fluids.� 1997.� 9, • 10.� P. 2716�2731.
8. Orlandi P., Jimenez J. On the generation of turbulent
wall friction // Phys. Fluids.� 1994.� 6, • 2.� P. 634�
641.
9. Ahn B.-K., Graham W. R., Rizzi S. A. Modelling
unsteady wall pressures beneath turbulent boundary
layers // AIAA Pap.� 2004.� • 2849.� P. 1�12.
10. Camussi R., Robert G., Jacob M. C. Cross-
wavelet analysis of wall pressure �uctuations beneath
incompressible turbulent boundary layers // J. Fluid
Mech.� 2008.� 617.� P. 11�30.
11. Jayasundera S., Casarella M., Russel S.Identi�cation
of coherent motions using wall pressure signatures //
Cathol. Univ. America, Washington DC, Tech. Rep.�
1996.� • 19960918-036.� P. 1�36.
12. Johansson A. V., Her J.-Y., Haritonidis J. H. On
the generation of high-amplitude wall-pressure peaks
in turbulent boundary layers and spots // J. Fluid
Mech.� 1987.� 175.� P. 119�142.
13. Farabee T. M., Casarella M. J. Spectral features
of wall pressure �uctuations beneath turbulent
boundary layers // Phys. Fluids.� 1991.� 3, • 12.�
P. 2410�2420.
14. Bradshaw P. Inactive motion and pressure �uctuati-
ons in turbulent boundary layers // J. Fluid Mech.�
1967.� 30.� P. 241�258.
15. Aditjandra A., Trosin B. J., Naguib A.M. Array
measurements of the surface pressure beneath a
forced axi-symmetric separation bubble // Exp.
Fluids.� 2009.� 46.� P. 297�308.
16. Âîðîïàåâ Ã. À., Âîñêîáîéíèê À. Â., Âîñêîáîé-
íèê Â. À., Ãðèí÷åíêî Â. Ò., Èñàåâ Ñ. À., Ðîçóì-
íþê Í. Â. Èñòî÷íèêè ïñåâäîçâóêîâûõ ïóëüñàöèé
äàâëåíèÿ ïðè îáòåêàíèè ñôåðè÷åñêîé ëóíêè //
Àêóñò. âiñí.� 2008.� 11, • 3.� Ñ. 34�58.
17. Willmarth W. W. Pressure �uctuations beneath
turbulent boundary layers // Ann. Rev. Fluid Mech.�
1975.� 7.� P. 13�37.
18. Âîñêîáiéíèê À. Â., Âîñêîáiéíèê Â. À. Íàïiâñôå-
ðè÷íå çàãëèáëåííÿ � ãåíåðàòîð âèõîðiâ íà ïëàñêié
îáòi÷íié ïîâåðõíi // Ïðîáë. âîäîïîñòà÷., âîäîâiä-
âåä. ãiäðàâë.� 2007.� 8.� Ñ. 151�161.
19. Arguillat B., Ricot D., Baillya C., Robert G.
Measured wavenumber: Frequency spectrum associ-
ated with acoustic and aerodynamic wall pressure
�uctuations // J. Acoust. Soc. Amer.� 2010.� 128,
• 4.� P. 1647�1655.
20. Rowley C. W., Colonius T., Basu A. J. On self-
sustained oscillations in two-dimensional compressi-
ble �ow over rectangular cavities // J. Fluid Mech.�
2002.� 455.� P. 315�346.
21. Rockwell D., Knisely C. The organized nature of �ow
impingement upon a corner // J. Fluid Mech.� 1979.�
93.� P. 413�434.
22. Bres G.A., Colonius T. Three-dimensional instabi-
lities in compressible �ow over open cavities //
J. Fluid Mech.� 2008.� 599.� P. 309�339.
23. Êèêíàäçå Ã. È., Ãà÷å÷èëàäçå È. À., Îëåéíè-
êîâ Â. Ã., Ãîðîäêîâ À. Þ. Ñàìîîðãàíèçàöèÿ ñìåð-
÷åîáðàçíûõ ñòðóé â ïîòîêàõ ñïëîøíîé ñðåäû è òå-
õíîëîãèè, ñîïðîâîæäàþùèå ýòî ÿâëåíèå // Òðåòüÿ
ìåæä. êîíô. �Òåïëîìàññîîáìåí è ãèäðîäèíàìèêà
â çàêðó÷åííûõ ïîòîêàõ�.� Ìîñêâà, Ðîññèÿ, 2008.�
Ñ. 1�3.
24. Byun G., Simpson R. L. Surface-pressure �uctuations
from separated �ow over an axisymmetric bump //
AIAA J.� 2010.� 48, • 10.� P. 2397�2405.
25. Remmler S., Christophe J., Anthoine J., Moreau A.
Computation of wall-pressure spectra from steady
�ow data for noise prediction // AIAA J.� 2010.�
48, • 9.� P. 1997�2007.
26. Õàëàòîâ À. À. Òåïëîîáìåí è ãèäðîäèíàìèêà îêî-
ëî ïîâåðõíîñòíûõ óãëóáëåíèé (ëóíîê).� Ê.: ÈÒÒÔ
ÍÀÍÓ, 2005.� 76 ñ.
27. Isaev S. A., Kornev N. V., Leontiev A. I., Hassel E.
In�uence of the Reynolds number and the spheri-
cal dimple depth on turbulent heat transfer and
hydraulic loss in a narrow channel // Int. J. Heat
Mass Transfer.� 2010.� 53.� P. 178�197.
28. Èñàåâ Ñ. À., Ëåîíòüåâ À. È., Êîðíåâ Í. Â. ×èñëåí-
íîå ìîäåëèðîâàíèå ñìåð÷åâîãî òåïëîîáìåíà ïðè
îáòåêàíèè ïîâåðõíîñòåé ñ ëóíêàìè (ñîñòîÿíèå è
ïåðñïåêòèâû) // VI ìèíñê. ìåæä. ôîðóì ïî òå-
ïëîîáìåíó, ÌÌÔ 2008.� Ìèíñê: Áåëàðóñü, 2008.�
Ñ. 1�9.
29. Turnow J., Kornev N., Isaev S., Hassel E. Vortex-
jet mechanism in a channel with spherical dimples
for heat transfer augmentation // Pap. Sixth Int.
Sympos. Turbulence and Shear Flow Phenomena,
TSFP-6: Vol. 1.� Seoul: Korea, 2009.� P. 321�326.
30. Âîñêîáîéíèê À. Â., Âîñêîáîéíèê Â. À. Èñòî÷íèêè
ðåçîíàíñíûõ ìîä îñöèëëÿöèé âíóòðè îáòåêàåìîé
ïîëóñôåðè÷åñêîé ëóíêè // Àêóñò. âiñí.� 2007.� 10,
• 4.� Ñ. 36�46.
31. Voropayev G. A., Voskoboinick V. A.,
Rozumnyuk N. V., Voskoboinick A. V. Vortical
�ow features in a hemispherical cavity on a �at
plate // Pap. Sixth Int. Sympos. on Turbulence and
Shear Flow Phenomena, TSFP-6: Vol. 3.� Seoul:
Korea, 2009.� P. 563�568.
32. Õàëàòîâ À. À., Êîâàëåíêî Ã. Â., Òåðåõîâ Â. È. Ðå-
æèìû òå÷åíèÿ â åäèíè÷íîì óãëóáëåíèè, èìåþùåì
ôîðìó ñôåðè÷åñêîãî ñåãìåíòà // VI ìèíñê. ìåæä.
ôîðóì ïî òåïëîîáìåíó, ÌÌÔ 2008.� Ìèíñê, Áåëà-
ðóñü, 2008.� Ñ. 1�10.
33. Âîñêîáîéíèê À. A., Âîñêîáîéíèê À. Â., Âîñêîáîé-
íèê Â. À. Õàðàêòåðèñòèêè ïóëüñàöèé ïñåâäîçâó-
êîâîãî äàâëåíèÿ â ëóíêå ïðè ìàëûõ ÷èñëàõ Ðåé-
íîëüäñà // Àêóñò. âiñí.� 2009.� 12, • 4.� Ñ. 10�22.
34. Robinson S. K. Coherent motions in the turbulent
boundary layer // Ann. Rev. Fluid Mech.� 1991.�
23.� P. 601�630.
35. Âîñêîáiéíèê B. A., Âîñêîáiéíèê A. B. Âçà¹ìíi ñòà-
òèñòè÷íi õàðàêòåðèñòèêè ïóëüñàöié øâèäêîñòi òà
òèñêó â íàïiâñôåðè÷íîìó çàãëèáëåííi // Âiñí. Äî-
íåöüê. óí-òó, Ñåð. À: Ïðèðîäíè÷i íàóêè.� 2010.�
2.� Ñ. 64�70.
Â. À. Âîñêîáîéíèê 37
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-79850 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:20:17Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Інститут гідромеханіки НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Воскобойник, В.А. 2015-04-05T15:36:04Z 2015-04-05T15:36:04Z 2011 Взаимные корреляции и спектры турбулентных пульсаций давления на обтекаемой поверхности лунки / В.А. Воскобойник // Акустичний вісник — 2011. —Т. 14, № 2. — С. 26-37. — Бібліогр.: 35 назв. — рос. https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79850 532.517 Представлены результаты экспериментальных исследований поля пульсаций пристеночного давления, которое формируется при турбулентном обтекании глубокой сферической лунки. Поведение взаимных корреляционных и спектральных характеристик свидетельствует, что внутри лунки генерируются наклонные асимметричные крупномасштабные вихри. Эти вихревые структуры переключаются из одного наклонного положения в другое, возбуждая низкочастотные модулирующие колебания. Наклонное расположение вихревых структур обуславливает появление антикорреляции (противофазные колебания) в поле пульсаций пристеночного давления на противоположных боковых стенках сферической лунки. В ходе эволюции асимметричные вихри выбрасываются над кормовой стенкой лунки, причем угол выброса увеличивается с ростом числа Рейнольдса. Наведено результати експериментальних досліджень поля пульсацій пристінного тиску, яке формується при турбулентному обтіканні глибокої сферичної лунки. Поведінка взаємних кореляційних і спектральних характеристик свідчить, що всередині лунки генеруються похилі асиметричні великомасштабні вихори. Ці вихрові структури перемикаються із одного похилого положення в інше, що призводить до збудження низькочастотних модулюючих коливань. Похиле розташування вихрових структур обумовлює появу антикореляції (протифазні коливання) у полі пульсацій пристінного тиску на протилежних бічних стінках сферичної лунки. У ході еволюції асиметричні вихорі викидаються над кормовою стінкою лунки, причому кут викиду збільшується з ростом числа Рейнольдса. The paper deals with presenting of the results of experimental studying of wall-pressure fluctuation field forming at the turbulent flowing above the deep spherical dimple. The behavior of the cross-correlation and spectral characteristics shows that the inclined asymmetric large-scale vortices are generated inside the dimple. These vortex structures are switched from one tilt to another, exciting the low-frequency modulating oscillations. The inclined location of the vortex structures stipulates the appearance of anticorrelation (the antiphase oscillations) in wall-pressure fluctuation field at the opposite lateral walls of the spherical dimple. In course of evolution, the asymmetric vortices are ejected above the aft wall of the dimple and their ejection angle increases with the Reynolds number. Автор выражает благодарность и искреннюю признательность проф. Н. В. Корневу, проф. Г. А. Воропаеву и проф. С. А. Исаеву за активное участие в обсуждении и анализе результатов исследований, докт. техн. наук В. Л. Жданову и канд. техн. наук А. В. Воскобойнику за участие в проведении экспериментальных работ и обработке результатов исследований. Работа выполнена в ходе научной стажировки автора в Университете г. Росток (Германия) при организационной и финансовой поддержке Немецкой службы академических обменов (DAAD). ru Інститут гідромеханіки НАН України Акустичний вісник Взаимные корреляции и спектры турбулентных пульсаций давления на обтекаемой поверхности лунки Cross-correlations and spectra of the turbulent pressure fluctuations on the streamlined dimple surface Article published earlier |
| spellingShingle | Взаимные корреляции и спектры турбулентных пульсаций давления на обтекаемой поверхности лунки Воскобойник, В.А. |
| title | Взаимные корреляции и спектры турбулентных пульсаций давления на обтекаемой поверхности лунки |
| title_alt | Cross-correlations and spectra of the turbulent pressure fluctuations on the streamlined dimple surface |
| title_full | Взаимные корреляции и спектры турбулентных пульсаций давления на обтекаемой поверхности лунки |
| title_fullStr | Взаимные корреляции и спектры турбулентных пульсаций давления на обтекаемой поверхности лунки |
| title_full_unstemmed | Взаимные корреляции и спектры турбулентных пульсаций давления на обтекаемой поверхности лунки |
| title_short | Взаимные корреляции и спектры турбулентных пульсаций давления на обтекаемой поверхности лунки |
| title_sort | взаимные корреляции и спектры турбулентных пульсаций давления на обтекаемой поверхности лунки |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79850 |
| work_keys_str_mv | AT voskoboinikva vzaimnyekorrelâciiispektryturbulentnyhpulʹsaciidavleniânaobtekaemoipoverhnostilunki AT voskoboinikva crosscorrelationsandspectraoftheturbulentpressurefluctuationsonthestreamlineddimplesurface |