RU2707587C1 - Sound generation method for testing structures and device for its implementation - Google Patents
Sound generation method for testing structures and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2707587C1 RU2707587C1 RU2018142903A RU2018142903A RU2707587C1 RU 2707587 C1 RU2707587 C1 RU 2707587C1 RU 2018142903 A RU2018142903 A RU 2018142903A RU 2018142903 A RU2018142903 A RU 2018142903A RU 2707587 C1 RU2707587 C1 RU 2707587C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- modulator
- electromagnetic
- valve assembly
- elastic suspension
- stiffness
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K7/00—Sirens
- G10K7/06—Sirens in which the sound-producing member is driven by a fluid, e.g. by a compressed gas
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области испытательной техники, в частности, к технической акустике, и позволяет расширить рабочий диапазон частот звука в высокочастотную область. Изобретение предназначено для испытаний на акустическую прочность аэрокосмических, электронных и других изделий и приборов.The invention relates to the field of testing equipment, in particular, to technical acoustics, and allows you to expand the working range of sound frequencies in the high-frequency region. The invention is intended for testing the acoustic strength of aerospace, electronic and other products and devices.
Известен широкий ряд устройств, в частности, «Устройство для создания акустических волн» а.с. 917193 G10K /06, «Электропневматический преобразователь» а.с. 1404843 G10K 7/00, «Электропневматический преобразователь» а.с. 1700582 G10K 7/00, «Электропневматический генератор акустических волн» а. с. 1501137, «Электропневматический генератор звука» а.с. 1651320 G10K 7/06, «Акустический генератор» а.с. 1644210 G10K 7/06 и др.A wide range of devices is known, in particular, “A device for generating acoustic waves” as. 917193 G10K / 06, “Electro-pneumatic converter” a.s. 1404843 G10K 7/00, "Electropneumatic converter" a.s. 1700582 G10K 7/00, “Electropneumatic Acoustic Wave Generator” a. from. 1501137, “Electro-pneumatic sound generator” A.S. 1651320 G10K 7/06, “Acoustic generator” a.s. 1644210 G10K 7/06 et al.
Способы генерации звука, положенные в основу этих устройств, отличаются друг от друга операциями по приведению в движение клапанных узлов, дросселирующих газ, отслеживанию взаимного положения подвижной и неподвижной частей клапанных узлов. Операцию дросселирования газа в клапанных узлах осуществляют посредством перемещения в осевом направлении относительно друг друга двух, концентрически расположенных полых цилиндров с одинаковой системой щелей в каждом из них, один из которых жестко закреплен, а другой относительно него подвижен. В результате указанного перемещения изменяют проходное сечение клапанного узла, через который пропускают сжатый газ. Теплообмен в виброприводе осуществляют разными способами. Клапанный узел совместно с виброприводом образуют модулятор генератора звука.The sound generation methods underlying these devices differ from each other in the operations of driving valve assemblies throttling gas, tracking the relative positions of the movable and stationary parts of the valve assemblies. The gas throttling operation in the valve assemblies is carried out by moving in the axial direction relative to each other two concentrically arranged hollow cylinders with the same slot system in each of them, one of which is rigidly fixed and the other is movable relative to it. As a result of this movement, the flow area of the valve assembly is changed, through which compressed gas is passed. Heat transfer in a vibratory drive is carried out in different ways. The valve assembly together with the vibrodrive form a modulator of the sound generator.
Общим недостатком известных способов является отсутствие возможности изменения собственной частоты модулятора, большое тепловыделение в месте работы электромагнитных виброприводов и недостаточное их охлаждение, что не позволяет расширить рабочий диапазон генерации звука в высокочастотную область. Ниже опишем известные способы генерации звука, используемые в известных устройствах. Один из известных способов реализован в устройстве «Акустический генератор» а.с. SU №1644210, G10K 7/06 опубликовано 23.04.91 бюл. №15. Описанное выше устройство также является аналогом для технического решения, положенного в основу устройства, предлагаемого авторами.A common disadvantage of the known methods is the inability to change the natural frequency of the modulator, the large heat generation at the place of operation of the electromagnetic vibrodrives and their insufficient cooling, which does not allow to expand the working range of sound generation in the high-frequency region. Below we describe the known methods for generating sound used in known devices. One of the known methods is implemented in the device “Acoustic generator” a.s. SU No. 1644210, G10K 7/06 published on 04/23/91 bul. No. 15. The device described above is also an analogue for the technical solution underlying the device proposed by the authors.
Согласно описанию изобретения и чертежу, воздушный модулятор данного акустического генератора состоит из двух, вложенных друг в друга с малым зазором полых цилиндров с одинаковой системой щелей. Один цилиндр жестко прикреплен к корпусу и неподвижен, а другой, подвижный, цилиндр перемещается в осевом направлении по отношению к неподвижному, совершая возвратно поступательные движения. С одной стороны подвижный цилиндр связан с неподвижным с помощью упругих элементов, с другой стороны подвижный элемент связан с электромагнитным виброприводом. Щели подвижного и неподвижного цилиндров в исходном положении смещены относительно друг друга на половину ширины.According to the description of the invention and the drawing, the air modulator of this acoustic generator consists of two nested in each other with a small gap of hollow cylinders with the same slot system. One cylinder is rigidly attached to the body and stationary, and the other, movable, the cylinder moves in the axial direction relative to the stationary, making a reciprocating motion. On the one hand, the movable cylinder is connected with the stationary one by means of elastic elements, on the other hand, the movable element is connected with an electromagnetic vibrodrive. The slots of the movable and stationary cylinders in the initial position are offset relative to each other by half the width.
Способ, на котором основано рассматриваемое изобретение, реализуется следующим образом. Сжатый воздух через сопло подают в форкамеру, в которой расположен воздушный модулятор, и дросселируют его через клапанный узел этого модулятора. На обмотку возбуждения электромеханического вибропривода подают переменное напряжение, приводят подвижный элемент клапанного узла в возвратно-поступательное движение и тем самым модулируют поток сжатого воздуха с частотой работы электромагнитного привода. Электрический ток, проходящий по обмотке возбуждения, нагревает его. Обмотку возбуждения охлаждают сжатым воздухом, поступающим в форкамеру. Для этого в форкамеру воздух подают по касательной к ее стенке, этим создают вихревое движение, и сжатый воздух разделяют на два потока с различными температурами. Холодный воздух, скапливающийся в центре, подают в магнитный зазор для охлаждения катушки возбуждения, намотанный на конце подвижного цилиндра клапанного узла.The method on which the invention is based is implemented as follows. Compressed air is supplied through the nozzle to the prechamber, in which the air modulator is located, and throttled through the valve assembly of this modulator. An alternating voltage is applied to the excitation winding of the electromechanical vibrodrive, the movable element of the valve assembly is brought into reciprocating motion and thereby modulate the flow of compressed air with the frequency of operation of the electromagnetic drive. An electric current passing through the field winding heats it. The field coil is cooled by compressed air entering the prechamber. To do this, air is fed tangentially to its wall in the prechamber, this creates a vortex movement, and the compressed air is divided into two flows with different temperatures. Cold air accumulating in the center is fed into the magnetic gap to cool the field coil wound at the end of the movable cylinder of the valve assembly.
Отличительной особенностью способа генерации звука, использованного в этом акустическом генераторе, являются операции, направленные на охлаждение катушки возбуждения, что позволило несколько снизить нагрев и увеличить ток, протекающий по катушке, тем самым расширить частотный диапазон его работы. Однако охлаждение воздуха за счет его турбулизации и разделения на два потока весьма ограничено по своим возможностям, т.к.это связано с принципиальной ограниченностью величины давления сжатого воздуха в форкамере из условий достижения оптимального акустического КПД. Согласно накопленного опыта давление целесообразно увеличивать до величины 3,5 кгс/см2 (см. «Установки для испытаний конструкций аэрокосмических аппаратов на акустическую прочность» (по материалам открытой зарубежной печати. Составители B.C. Николаев, Н.Ф. Каурова М. ЦАГИ 1979 г. Обзоры ЦАГИ №565, стр. 14). Увеличение давления выше указанного значения приводит к снижению акустического КПД.A distinctive feature of the method of generating sound used in this acoustic generator is the operation aimed at cooling the excitation coil, which made it possible to slightly reduce heating and increase the current flowing through the coil, thereby expanding the frequency range of its operation. However, air cooling due to its turbulization and separation into two streams is very limited in its capabilities, since this is due to the fundamental limitation of the pressure of compressed air in the prechamber from the conditions for achieving optimal acoustic efficiency. According to the experience gained, it is advisable to increase the pressure to a value of 3.5 kgf / cm 2 (see "Installations for testing aerospace apparatus designs for acoustic strength" (based on open foreign press. Compiled by BC Nikolaev, NF Kaurova M. TsAGI 1979 TsAGI Reviews No. 565, p. 14) An increase in pressure above the indicated value leads to a decrease in acoustic efficiency.
Следует отметить, что электрический ток, потребный на создание модуляции потока воздуха заданной частоты, пропорционален квадрату этой частоты, а выделяемое при этом тепло пропорционально квадрату тока. Так что увеличение частоты модуляции приводит к существенному (в четвертой степени) увеличению тепловыделения в обмотке возбуждения и является серьезным препятствием для расширения частотного диапазона.It should be noted that the electric current required to create modulation of the air flow of a given frequency is proportional to the square of this frequency, and the heat generated in this case is proportional to the square of the current. So the increase in the modulation frequency leads to a significant (fourth degree) increase in heat generation in the field winding and is a serious obstacle to the expansion of the frequency range.
Другой недостаток рассматриваемых способа и устройства состоит в отсутствии возможности изменения собственной частоты подвижной части клапанного узла модулятора, что исключает расширение диапазона частот за счет введения подвижной части клапанного узла в резонансное движение в области высоких частот. Тем самым исключается возможность снижения энергетических затрат на модуляцию потока газа при высокой частоте изменения напряжения возбуждения.Another disadvantage of the considered method and device is the inability to change the natural frequency of the movable part of the valve assembly of the modulator, which eliminates the extension of the frequency range by introducing the movable part of the valve assembly into resonant motion in the high frequency region. This eliminates the possibility of reducing energy costs for modulating the gas flow at a high frequency of changes in the excitation voltage.
Второй способ генерации звука с повышенной частотой реализован в устройстве «Генератор звука» патент SU №2040043, опубликованный 20.07.1995 г., бюл. №10.The second method of generating sound with increased frequency is implemented in the device "Sound Generator" patent SU No. 2040043, published July 20, 1995, bull. No. 10.
Этот способ основан на том, что в форкамеру подают сжатый газ, который через клапанный узел направляют в рупор, увеличивают ток в катушке возбуждения электромагнитного вибропривода и пропускают охлаждающий агент внутри обмотки катушки возбуждения, сделанной из капиллярной трубки.This method is based on the fact that compressed gas is supplied to the prechamber, which is sent to the horn through the valve assembly, the current in the excitation coil of the electromagnetic vibrator is increased, and a cooling agent is passed inside the winding of the excitation coil made of a capillary tube.
Недостатки рассмотренного способа связаны со сложностью его практической реализации и сводятся к следующему:The disadvantages of the considered method are related to the complexity of its practical implementation and boil down to the following:
1. Сложность изготовления обмотки катушки возбуждения, состоящей из кусков капиллярных трубок, электрически соединенных между собой токопроводящими переходниками.1. The complexity of manufacturing a winding of an excitation coil, consisting of pieces of capillary tubes, electrically connected to each other by conductive adapters.
2. Необходимость создания системы хранения, перекачки и охлаждения охлаждающего агента, которая по своей стоимости и конструктивной сложности превосходит сам модулятор звука.2. The need to create a storage system, pumping and cooling of the cooling agent, which in its cost and structural complexity exceeds the sound modulator itself.
3. Конструктивно клапанный узел, как и в приведенном аналоге, состоит из двух концентрично расположенных перфорированных цилиндров, связанных между собой постоянной упругой связью, поэтому отсутствует возможность изменения собственной частоты подвижной части клапанного узла (модулятора), т.е. отсутствует возможность настройки клапанного узла на работу в резонансе с сигналом возбуждения в области его высоких частот.3. Structurally, the valve assembly, as in the above analogue, consists of two concentrically arranged perforated cylinders interconnected by a constant elastic connection, therefore there is no possibility of changing the natural frequency of the moving part of the valve assembly (modulator), ie there is no possibility of tuning the valve assembly to work in resonance with the excitation signal in the region of its high frequencies.
Третий способ генерации звуковых колебаний газа высокой частоты используется в электропневматическом генераторе фирмы Линг типа ЕРТ 200, описанном в «Установки для испытаний конструкций аэрокосмических аппаратов на акустическую прочность» (По материалам открытой зарубежной печати. Составители B.C. Николаев, Н.Ф. Каурова. М. ЦАГИ. 1979 г. Обзоры ЦАГИ №565) стр. 31-42.The third method for generating sound vibrations of high-frequency gas is used in an Ling
Способ сводится к следующему: модулирующий клапан (клапанный узел), состоящий из двух полых цилиндров (втулок) с одинаковой системой щелей, помещают в герметичный замкнутый объем (форкамеру), подают сжатый воздух в форкамеру, клапанный узел в исходном состоянии (без подачи внешнего электрического воздействия) устанавливают так, чтобы подвижный полый цилиндр наполовину перекрыл щели неподвижного цилиндра.The method is as follows: a modulating valve (valve assembly), consisting of two hollow cylinders (bushings) with the same slot system, is placed in a sealed closed volume (prechamber), compressed air is supplied to the prechamber, the valve assembly is in its original state (without supplying an external electric impact) is set so that the movable hollow cylinder half overlaps the slots of the stationary cylinder.
В рабочем состоянии подвижный полый цилиндр приводят в возвратно-поступательное движение электромагнитным виброприводом, управляя им внешним электрическим сигналом (напряжением). Охлаждают катушку возбуждения вибропривода, распрыскивая на нее дистиллированную воду. Воду подают в зазор между катушкой возбуждения и короткозамкнутым витком. После этого воду выкачивают в агрегат охлаждения при помощи воздушно-вакуумной системы.In working condition, the movable hollow cylinder is driven into reciprocating motion by an electromagnetic vibrodrive, controlling it with an external electrical signal (voltage). Cool the excitation coil of the vibrodrive by spraying distilled water on it. Water is fed into the gap between the excitation coil and the squirrel cage. After that, water is pumped into the cooling unit using an air-vacuum system.
Недостатки способа: большой ток возбуждения - 60 А (среднеквадратичное значение); большой ток электромагнита - 300 А (постоянный ток); сложная система охлаждения, требующая дополнительного оборудования, превосходящего по сложности и стоимости сам генератор звука.The disadvantages of the method: high excitation current - 60 A (rms value); high current of an electromagnet - 300 A (direct current); a complex cooling system that requires additional equipment that exceeds the sound generator itself in complexity and cost.
Прототипами предлагаемого изобретения являются электропневматический преобразователь фирмы Уайл типа WAS 3000 и способ, использованный при его создании, описанные в обзоре «Установки для испытаний конструкций аэрокосмических аппаратов на акустическую прочность» (По материалам открытой зарубежной печати. Составители B.C. Николаев, Н.Ф. Каурова. М. ЦАГИ 1979 г. обзоры ЦАГИ №565, стр. 42-55).The prototypes of the present invention are the Wile type electro-pneumatic transducer of the WAS 3000 type and the method used to create it, described in the review “Installations for testing aerospace apparatus designs for acoustic strength” (Based on materials of the open foreign press. Compiled by BC Nikolaev, NF Kaurova. M. TsAGI 1979 reviews TsAGI No. 565, pp. 42-55).
Электропневматический преобразователь Уайл-WAS 3000 состоит из герметичной форкамеры, внутри которой расположены фильтр, воздушный модулятор, состоящий из клапанного узла и электромагнитного вибропривода, а также горловины, связанной с выходом модулятора. При этом клапанный узел состоит из двух концентрически расположенных полых цилиндров с одинаковой системой щелей. Причем внутренний цилиндр неподвижен, а наружный подвижный. Подвижный цилиндр с одной стороны связан с упругим элементом с постоянной жесткостью, а с другой с электромагнитным виброприводом. Эти два цилиндра, образуют клапанный узел. Катушка возбуждения, размещенная на подвижном цилиндре и помещенная в магнитное поле зазора магнитопровода, образует электромагнитный вибропривод (движитель модулятора).The Wyle-WAS 3000 electro-pneumatic converter consists of a sealed pre-chamber, inside of which there is a filter, an air modulator, consisting of a valve assembly and an electromagnetic vibrodrive, as well as a neck connected to the modulator output. In this case, the valve assembly consists of two concentrically arranged hollow cylinders with the same slot system. Moreover, the inner cylinder is stationary, and the outer movable. The movable cylinder, on the one hand, is connected with an elastic element with constant stiffness, and on the other hand, with an electromagnetic vibro drive. These two cylinders form a valve assembly. An excitation coil placed on a movable cylinder and placed in the magnetic field of the magnetic circuit gap forms an electromagnetic vibrodrive (modulator mover).
Суть способа сводится к следующему. В форкамеру подают воздух под давлением и, возбуждая электромагнитный привод внешним управляющим электрическим сигналом, модулируют поток воздуха, дросселируемый через клапанный узел.The essence of the method is as follows. Air is supplied to the prechamber under pressure and, exciting the electromagnetic drive with an external control electric signal, modulate the air flow throttled through the valve assembly.
Недостаток прототипа состоит в существенном ограничение на генерацию высокочастотных акустических волн, что является следствием следующих причин:The disadvantage of the prototype is a significant limitation on the generation of high-frequency acoustic waves, which is a consequence of the following reasons:
- во-первых, ток возбуждения, приходящий на катушку возбуждения при частоте выше 500 Гц выделяет такое количество тепла, что система охлаждения не обеспечивает достаточный теплосъем;- firstly, the excitation current arriving at the excitation coil at a frequency above 500 Hz generates such an amount of heat that the cooling system does not provide sufficient heat removal;
- во-вторых, отсутствует возможность управления жесткостью механической пружины, что исключает регулируемую настройку резонансного движения подвижного цилиндра клапанного узла;- secondly, there is no way to control the stiffness of the mechanical spring, which eliminates the adjustable tuning of the resonant movement of the movable cylinder of the valve assembly;
- в-третьих, отсутствует возможность регулировать (при необходимости) исходное положение подвижного цилиндра к неподвижному в зависимости от программ акустических испытаний;- thirdly, it is not possible to adjust (if necessary) the initial position of the movable cylinder to a motionless one depending on the acoustic test programs;
- в-четвертых, большая масса подвижного цилиндра из-за связанности его с механической пружиной (упругим элементом).- fourthly, the large mass of the movable cylinder due to its connection with a mechanical spring (elastic element).
Технический результат предполагаемого изобретения состоит в устранении перечисленных недостатков прототипа, что приводит к расширению частотного диапазона генерации звуковых волн.The technical result of the proposed invention is to eliminate the above disadvantages of the prototype, which leads to the expansion of the frequency range of the generation of sound waves.
Технический результат указанного изобретения достигается следующим образом. Генерацию звука для испытаний конструкций обеспечивают посредством дросселирования сжатого воздуха через щелевой воздушный модулятор с изменяемой собственной частотой колебаний, управляемый с помощью вибропривода, при этом изменение собственной частоты модулятора осуществляют изменением жесткости его упругой подвески, а перемещение подвижной части модулятора осуществляют за счет нескольких синхронно управляемых пространственно разнесенных движителей.The technical result of the invention is achieved as follows. Sound generation for structural testing is provided by throttling compressed air through a slotted air modulator with a variable natural frequency controlled by a vibrator, while changing the natural frequency of the modulator is done by changing the stiffness of its elastic suspension, and moving the moving part of the modulator is carried out by several spatially synchronously controlled spaced movers.
Устройство генерации звука, реализующее предложенный способ содержит герметичную форкамеру, внутри которой расположены фильтр, щелевой воздушный модулятор, состоящий из электромагнитного вибропривода, связанного с блоком возбуждения и клапанного узла с подвижным и неподвижным концентрически расположенными перфорированными цилиндрами, а также горловину, конструктивно соединенную с выходом модулятора. Дополнительно в устройство введены упругая подвеска модулятора с изменяемой жесткостью и механизмом управления исходным положением модулятора и жесткостью его упругой подвески, при этом электромагнитный вибропривод состоит из нескольких электромагнитных движителей, связанных с блоком возбуждения.A sound generation device that implements the proposed method contains a sealed prechamber, inside of which there is a filter, a slotted air modulator, consisting of an electromagnetic vibrator connected to an excitation unit and a valve assembly with movable and stationary concentrically arranged perforated cylinders, as well as a neck, structurally connected to the modulator output . In addition, an elastic suspension of the modulator with variable stiffness and a mechanism for controlling the initial position of the modulator and the stiffness of its elastic suspension is introduced into the device, while the electromagnetic vibrodrive consists of several electromagnetic propulsors connected with the excitation block.
Упругая подвеска модулятора с изменяемой жесткостью содержит три кольцевые магнита, расположенные в параллельных плоскостях, причем центральный магнит жестко связан с подвижным цилиндром клапанного узла, а два других жестко связаны с механизмом управления исходным положением модулятора и жесткостью упругой подвески.The elastic suspension of the modulator with variable stiffness contains three ring magnets located in parallel planes, the central magnet being rigidly connected to the movable cylinder of the valve assembly, and the other two are rigidly connected to the mechanism for controlling the initial position of the modulator and the stiffness of the elastic suspension.
Электромагнитный вибропривод устройства генерации звука состоит из двух электромагнитных движителей, расположенных на противоположных концах модулятора.The electromagnetic vibratory drive of the sound generation device consists of two electromagnetic propulsors located at opposite ends of the modulator.
Достоинства предлагаемого способа генерации звука и устройства, его реализующего, состоят в следующем:The advantages of the proposed method for generating sound and a device that implements it, are as follows:
1. Изменяют жесткость упругого элемента и тем самым обеспечивают возможность организации резонансного движения подвижного цилиндра модулятора в области высоких частот изменения внешнего сигнала, приходящего на вход электромагнитного вибропривода модулятора.1. Change the stiffness of the elastic element and thereby provide the possibility of organizing the resonant movement of the movable cylinder of the modulator in the high-frequency region of the change of the external signal arriving at the input of the electromagnetic vibrator of the modulator.
2. Снижают величину тока в каждой из катушек возбуждения в два раза (если сравнить с виброприводом той же мощности, построенным на одной2. Reduce the current value in each of the excitation coils by half (if compared with a vibrodrive of the same power, built on one
катушке возбуждения) и тем самым уменьшают тепловыделение на каждой из катушек в четыре раза.excitation coil) and thereby reduce the heat release on each of the coils four times.
3. Увеличивают вдвое поверхности конвективного теплообмена с охлаждающим газом, тем самым дополнительно понижают температуру катушек возбуждения.3. Double the surface of convective heat exchange with cooling gas, thereby further lowering the temperature of the field coils.
4. Уменьшают массу подвижной части клапанного узла, что снижает потребное усилие к его перемещению. Снижение массы достигается за счет замены механического упругого элемента подвижного цилиндра клапанного узла модулятора на регулируемую упругую магнитную подвеску.4. Reduce the mass of the movable part of the valve assembly, which reduces the required effort to move it. Mass reduction is achieved by replacing the mechanical elastic element of the movable cylinder of the modulator valve assembly with an adjustable elastic magnetic suspension.
Наличие перечисленных выше достоинств, предлагаемого способа генерации звука для испытаний конструкции и предлагаемого устройства обеспечивает расширение частотного диапазона генерации звука в область высоких частот.The presence of the above advantages, the proposed method of generating sound for structural testing and the proposed device provides an extension of the frequency range of sound generation in the high frequency region.
На фиг. 1 приведена схема устройства генерации звука, на фиг. 2 приведена электрическая схема управления электромагнитным виброприводом, состоящим из двух синхронно работающих движителей электромагнитного типа. На фиг. 3 приведены амплитудно-частотные характеристики прототипа и предлагаемого устройства генерации звука.In FIG. 1 is a diagram of a sound generation device; FIG. 2 shows the electric control circuit of an electromagnetic vibrodrive, consisting of two synchronously operating electromagnetic type propulsors. In FIG. 3 shows the amplitude-frequency characteristics of the prototype and the proposed device for generating sound.
Поясним предлагаемый способ генерации звука на примере устройства, разрабатываемого на его основе и приведенного на фиг. 1. Генератор звука состоит из корпуса форкамеры 1, самого пространства форкамеры 2, в котором размещены фильтр 3, основание магнитопровода первого постоянного магнита 4, первый постоянный магнит 5, крышка первого магнитопровода 6, кольцевой зазор в первом магнитопроводе 7, подвижный цилиндр клапанного узла 8, первая обмотка возбуждения 9, неподвижный цилиндр клапанного узла 10, клапанный узел состоит из деталей 8 и 10. Детали 4, 5, 6 и 9 образуют первую часть электромагнитного вибропривода (первый электромагнитный движитель).Let us explain the proposed method for generating sound using an example of a device developed on its basis and shown in FIG. 1. The sound generator consists of a housing of the
Упругая подвеска с изменяемой жесткостью состоит из первого кольцевого магнита 11, второго кольцевого магнита 12, жестко закрепленного на подвижном цилиндре 8 клапанного узла и третьего кольцевого магнита 13. Кольцевые магниты 11 и 13 связаны с устройством перемещения и регулирования жесткости 14. С другого конца модулятора расположена вторая часть электромагнитного вибропривода (второй электромагнитный движитель), состоящая из второго постоянного магнита 15, основания второго магнитопровода 16, крышки второго магнитопровода 17 и второй обмотки возбуждения 18, расположенной на другом конце подвижного цилиндра 8, этот конец подвижного цилиндра 8 входит в кольцевой зазор 19 между основанием второго магнитопровода 16 и крышкой второго магнитопровода 17. Корпус форкамеры 1 соединен с рупором 20, являющимся выходом устройства для генерации звука. Диффузор 21 соединен с крышкой первого магнитопровода 6. Для конвективного охлаждения обмоток возбуждения в крышке первого магнитопровода 6 и основании второго магнитопровода 16 сделаны каналы «а».The elastic suspension with variable stiffness consists of a
Способ осуществляется следующим образом (см. фиг. 1). На вход устройства подают газ под давлением. Пропускают его через фильтр 3 в форкамеру 2, ограниченную герметичным корпусом 1. Из форкамеры 2 через клапанный узел, состоящий из деталей 8 и 10, газ подают во внутреннюю полость модулятора (объем, ограниченный внутренним неподвижным цилиндром 10), а затем в рупор 20. Возвратно-поступательное движение подвижного цилиндра 8 осуществляют при помощи электромагнитного привода, состоящего из двух движителей. Один движитель, включающий в себя основание магнитопровода первого постоянного магнита 4, первый постоянный магнит 5, крышку первого магнитпровода 6 и первую обмотку возбуждения 9, входящую в кольцевой магнитный зазор 7 между деталями 4 и 6, располагают на одном конце подвижного цилиндра.The method is as follows (see Fig. 1). At the inlet of the device, gas is supplied under pressure. It is passed through a filter 3 into a
Второй электромагнитный движитель размещают на другом конце модулятора. Этот движитель состоит из второго постоянного магнита 15, основания второго магнитопровода 16, крышки второго магнитопровода 11 и второй катушки возбуждения 18, входящей в кольцевой магнитный зазор 19 между деталями 16 и 17. Катушки возбуждения 9 и 18 наматывают таким образом, что при подаче на них электрического напряжения подвижный цилиндр перемещают в одну сторону.A second electromagnetic propulsion is placed at the other end of the modulator. This mover consists of a second
Напряжение на катушки возбуждения 9 и 18 подают от блока возбуждения (см. фиг. 2). Обозначение на фиг. 2 совпадают с обозначением на фиг. 1. На подвижном цилиндре 8 жестко укрепляют центральный кольцевой магнит 12, который располагают между двумя боковыми кольцевыми магнитами 11 и 13. Эти магниты связывают с механизмом управления исходным положением и жесткостью упругой подвески 14. Для управления исходным положением и жесткостью упругой подвески магниты 11,13 перемещают параллельно оси модулятора и изменяют расстояние между ними. Положение магнита 12 полностью зависит от положения магнитов 11, 13. Расстояние между магнитами 11, 13 устанавливают, исходя из требуемой жесткости упругой подвески для получения резонансного движения подвижного цилиндра 8 в конце частотного диапазона изменения тока возбуждения, подаваемого на катушки возбуждения 9 и 18. Охлаждение катушек возбуждения 9 и 18 обеспечивают обдувом сжатым газом, подаваемым в форкамеру 2. Для этого организуют систему каналов «а» в крышке первого магнитопровода 6 и основания второго магнитопровода 16.The voltage to the excitation coils 9 and 18 is supplied from the excitation unit (see Fig. 2). The designation in FIG. 2 coincide with the designation in FIG. 1. On the
Практическая реализация изобретения предполагает использование неодимовых постоянных магнитов (NFeB) с высокой магнитной энергией (400 кДж/м3) и материала магнитопровода типа 49 КФ, обладающих высоким уровнем индукции насыщения (2,2-2,5 Тл).The practical implementation of the invention involves the use of neodymium permanent magnets (NFeB) with high magnetic energy (400 kJ / m 3 ) and magnetic material type 49 KF, with a high level of saturation induction (2.2-2.5 T).
На фиг. 3 для сравнения приведены амплитудно-частотные характеристики прототипа и предлагаемого изобретения. Из этой фигуры видно, что в результате применения предлагаемого способа частотный диапазон устройства расширен с 500 до 1400 Гц (кривая 1 - характеристика прототипа, кривая 2 - характеристика устройства, созданного по предлагаемому способу).In FIG. 3 for comparison, the amplitude-frequency characteristics of the prototype and the present invention. From this figure it is seen that as a result of the application of the proposed method, the frequency range of the device is expanded from 500 to 1400 Hz (curve 1 - characteristic of the prototype, curve 2 - characteristic of the device created by the proposed method).
Преимущество предлагаемого способа подтверждено расчетным путем (см. ниже).The advantage of the proposed method is confirmed by calculation (see below).
Пусть форма входного возбуждающего электрического сигнала синусоида x=Asinωt. Сила F, действующая на подвижный элемент, равна 
Таким образом, сила изменяется по закону Fм=m⋅Aω2sinωt, а экстремальное значение этой силы равно Fм=mAω2.Thus, the force changes according to the law F m = m⋅Aω 2 sinωt, and the extreme value of this force is F m = mAω 2 .
Указанная сила создается электромагнитным виброприводом согласно закону Ампера и равна 
В - индукция в магнитном зазоре,In - induction in the magnetic gap,
l - длина одного витка обмотки катушки возбуждения, l is the length of one coil of the winding of the field coil,
n - число витков,n is the number of turns,
Isinωt - ток в обмотке возбуждения.Isinωt - current in the field winding.
Экстремальное значение электромагнитной силы равно 
Из равенства сил.Fм и Fэ получимFrom the equality of forces. F m and F e get
Будем считать ωп - оборотная частота перемещения подвижной части клапанного узла прототипа. Индекс «п» означает принадлежность к прототипу.We assume that ω p is the revolving frequency of the moving part of the valve assembly of the prototype. The index "p" means belonging to the prototype.
В предложенном устройстве при наличии двух катушек возбуждения, ток в каждой из них будет в два раза меньше, чем в прототипе:In the proposed device with two excitation coils, the current in each of them will be half as much as in the prototype:
I=0,5Iп.I = 0.5I p .
За счет введения магнитной пружины вес подвижного цилиндра клапанного узла по отношению к прототипу снижен в три раза с 239 г. до 80 г.: m=0,33mп. С учетом того, что при управляемой магнитной подвеске, пружина будет отсутствовать и ее масса не будет участвовать в движении, то при неизменных остальных параметрах 
Амплитудно-частотная характеристика колебательной системы клапанного узла, состоящего из подвижного цилиндра и упругих элементов, при постоянном гармоническом возбуждении зависит от ее резонансных свойств. Собственная частота колебаний системы определяется как 
В частности, для расширения частотного диапазона работы необходимо увеличить соо так, чтобы резонанс находился в высокочастотной части требуемого рабочего диапазона частот и частота резонанса сор для определения ее оптимального значения регулировалась в некоторых пределах (частота резонанса 
При этом демпфирование должно быть таким, чтобы при постоянном токе возбуждения Iвоз перемещение подвижной части клапанного узла 8 было по возможности постоянным во всем рабочем диапазоне частот. Для увеличения ω0 необходимо увеличить жесткость управляемой магнитной подвески.Thus the damping should be such that at a constant current I WHO excitation movement of the movable part of the
Амплитудно-частотные характеристики электропневматического преобразователя Уайл WAS 3000 и устройства, создаваемого по предложенному способу, приведены на фиг. 3 описания изобретения. Из приведенного графика видно, что частотный диапазон модуляции газового потока может быть увеличен до 1000-1400 Гц. Причем до частоты 1000-1100 Гц за счет рационального распределения тока по двум катушкам возбуждения, что эффективнее организует тепловыделение и теплосъем в электромагнитном приводе, а далее за счет возможности настройки резонансного движения подвижного цилиндра клапанного узла.The amplitude-frequency characteristics of the Wyle 3000 WAS electro-pneumatic converter and the device created by the proposed method are shown in FIG. 3 descriptions of the invention. The graph shows that the frequency range of modulation of the gas stream can be increased to 1000-1400 Hz. Moreover, up to a frequency of 1000-1100 Hz due to the rational distribution of current over two excitation coils, which more efficiently organizes heat generation and heat removal in an electromagnetic drive, and then due to the possibility of tuning the resonant movement of the movable cylinder of the valve assembly.
Дальнейшее повышение частоты может быть достигнуто при снижении амплитуды перемещения подвижного цилиндра клапанного узла, т.е. за счет снижения ширины щелей в клапанном узле. Это возможно, т.к. на высоких частотах требуется меньшая мощность акустического излучения.A further increase in frequency can be achieved by reducing the amplitude of movement of the movable cylinder of the valve assembly, i.e. by reducing the width of the slots in the valve assembly. This is possible because at high frequencies, less acoustic power is required.
Резюмируя вышесказанное, следует подчеркнуть, что совокупность известных и дополнительных операций представляет собой новый способ, который позволяет расширить частотный диапазон генерируемого звука.Summarizing the above, it should be emphasized that the combination of known and additional operations is a new way that allows you to expand the frequency range of the generated sound.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018142903A RU2707587C1 (en) | 2018-12-05 | 2018-12-05 | Sound generation method for testing structures and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018142903A RU2707587C1 (en) | 2018-12-05 | 2018-12-05 | Sound generation method for testing structures and device for its implementation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2707587C1 true RU2707587C1 (en) | 2019-11-28 |
Family
ID=68836197
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018142903A RU2707587C1 (en) | 2018-12-05 | 2018-12-05 | Sound generation method for testing structures and device for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2707587C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2742283C1 (en) * | 2020-06-25 | 2021-02-04 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Gas flow modulator |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3446182A (en) * | 1965-09-02 | 1969-05-27 | Oskar Bschorr | Siren for the generation of sine wave sound and random noise |
| SU822247A1 (en) * | 1979-06-25 | 1981-04-15 | Предприятие П/Я Г-4736 | Electropneumatic transducer |
| SU917193A1 (en) * | 1980-04-11 | 1982-03-30 | Предприятие П/Я А-1298 | Device for producing acoustic waves |
| SU1347095A1 (en) * | 1984-05-23 | 1987-10-23 | Предприятие П/Я Г-4736 | Audio-signal generator |
| SU1501137A1 (en) * | 1986-11-06 | 1989-08-15 | Каунасский Политехнический Институт Им.Антанаса Снечкуса | Electropneumatic generator of acoustic waves |
| SU1651320A1 (en) * | 1988-10-24 | 1991-05-23 | Предприятие П/Я Г-4736 | Electropneumatic sound generator |
| SU1700582A2 (en) * | 1989-03-31 | 1991-12-23 | Предприятие П/Я В-2942 | Solenoid-operated pneumatic converter |
| RU2040043C1 (en) * | 1993-05-13 | 1995-07-20 | Евгений Петрович Тарчевский | Audio-signal generator |
-
2018
- 2018-12-05 RU RU2018142903A patent/RU2707587C1/en active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3446182A (en) * | 1965-09-02 | 1969-05-27 | Oskar Bschorr | Siren for the generation of sine wave sound and random noise |
| SU822247A1 (en) * | 1979-06-25 | 1981-04-15 | Предприятие П/Я Г-4736 | Electropneumatic transducer |
| SU917193A1 (en) * | 1980-04-11 | 1982-03-30 | Предприятие П/Я А-1298 | Device for producing acoustic waves |
| SU1347095A1 (en) * | 1984-05-23 | 1987-10-23 | Предприятие П/Я Г-4736 | Audio-signal generator |
| SU1501137A1 (en) * | 1986-11-06 | 1989-08-15 | Каунасский Политехнический Институт Им.Антанаса Снечкуса | Electropneumatic generator of acoustic waves |
| SU1651320A1 (en) * | 1988-10-24 | 1991-05-23 | Предприятие П/Я Г-4736 | Electropneumatic sound generator |
| SU1700582A2 (en) * | 1989-03-31 | 1991-12-23 | Предприятие П/Я В-2942 | Solenoid-operated pneumatic converter |
| RU2040043C1 (en) * | 1993-05-13 | 1995-07-20 | Евгений Петрович Тарчевский | Audio-signal generator |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2742283C1 (en) * | 2020-06-25 | 2021-02-04 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Gas flow modulator |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5231337A (en) | Vibratory acoustic compressor | |
| US2895063A (en) | Air driven reed electric generator | |
| EP2874292B1 (en) | Thermoacoustic magnetohydrodynamic electric generator | |
| RU2707587C1 (en) | Sound generation method for testing structures and device for its implementation | |
| US2721453A (en) | Synchronous oscillating compressor for alternating current | |
| CN108757807A (en) | A kind of band gap adjustable elastic wave vibration isolator and vibration isolating method based on liquid virtual masseffect | |
| US8196415B2 (en) | Closed cycle Stirling cryogenic cooler with cold plasma pressure wave generator | |
| RU2696946C1 (en) | Electropneumatic sound generator | |
| CN105546865A (en) | Design method of linear compressor optimally matched with inertance tube type pulse tube cold finger | |
| CN1328507C (en) | Coaxial thermodriven generating system | |
| CN112460178B (en) | Self-tuning low-power actuator, active control system and control method | |
| Steiner et al. | A high frequency, power, and efficiency diaphragm acoustic-to-electric transducer for thermoacoustic engines and refrigerators | |
| Nicolini et al. | A wideband low frequency 3D printed electromagnetic energy harvester based on orthoplanar springs | |
| JPH10341564A (en) | Vibration energy converter | |
| CN110768502B (en) | Multi-dimensional space vibration generating device | |
| Dhuley et al. | Investigations on a Standing Wave Thermoacoustic Refrigerator | |
| CN107769508B (en) | A kind of magnetic force vibration linear generating set | |
| US3539840A (en) | Electrical power source | |
| Lei et al. | Analysis on a novel halbach-type transverse-flux linear oscillatory motor for linear compressor | |
| RU185538U1 (en) | MAGNETOREOLOGICAL DEVICE FOR ACTIVE PROTECTION OF LONG-DIMENSIONAL DESIGN FROM RESONANT VIBRATION | |
| JP2001108014A (en) | Damper device | |
| JP2002339863A (en) | Linear compressor | |
| CN107029975B (en) | A kind of inertial exciter of the twin coil single action magnet structure based on wind-cooling heat dissipating | |
| SU1651320A1 (en) | Electropneumatic sound generator | |
| RU2142576C1 (en) | Compressor with magnetoelectric drive for kinetic compression and volume delivery |