Акустичний резонатор змінної геометрії

Реферат: Акустичний резонатор змінної геометрії містить порожнину, задня стінка якої виконана у вигляді рухомого елемента (поршня), що може переміщуватись в осьовому напрямку резонатора, змінюючи об'єм акустичної порожнини, тим самим налаштовуючи акустичний резонатор на необхідну частоту. Рухомий елемент додатково оснащений еластичною мембраною, за допомогою якої можна змінювати амплітуду коливань та підлаштовувати її частоту, таке виконання резонатора змінної геометрії дозволить застосовувати їх в акустичних та газодинамічних системах для підлаштування (перелаштування) характеристик резонатора під змінний режим роботи системи. UA 112901 U (12) UA 112901 U UA 112901 U 5 10 15 20 25 30 35 Корисна модель належить до акустичних резонаторів, що мають можливість налаштування амплітуди та частоти власних коливань під час роботи системи, шляхом зміни об'єму резонатора і руху еластичної мембрани. Окрім того, дана корисна модель належить до способу виготовлення резонатора зі змінними геометричними параметрами, що має можливість поглинати звукові коливання та може використовуватись в газових трактах різноманітних технічних та акустичних системах. Добре відомо застосування акустичних резонаторів для демпфірування або підсилення акустичних коливань в різноманітних газодинамічних та акустичних системах. Досвід експлуатації таких систем показав, що акустичний резонатор Гельмгольца характеризується однорежимністю, Переважна більшість технічних систем багаторежимні, тому виникає необхідність у зміні характеристик резонаторів при зміні режиму роботи системи. В патенті (RU 2511939) зміна резонансної частоти акустичного резонатора відбувається за допомогою зміни довжини та площі поперечного перерізу трубчатого з'єднання елемента між резонатором та двигуном. Зміну довжини та площі поперечного перерізу можна визначати за допомогою механізму, керування яким відбувається за допомогою електричного сигналу, який відповідає резонансній частоті, що вираховується за допомогою комп'ютерних засобів. В патентах (US 6,622,486 В2), (US 5,283,398 A) для зменшення рівня шуму в установках з імпульсними газовими потоками використовується резонатор Гельмгольца з можливістю його регулювання, за допомогою зміни довжини та поперечного перерізу горловини резонатора. В патенті (US 6,422,192 B1) для зниження акустичних вібрацій в камері згорання газових турбін використовується резонатор Гельмгольца, в якому стінки резонатора виконані в формі мембранної коробки, яку можна збільшувати та зменшувати в розмірі, для зміни частотних характеристик резонатора. Найбільш подібним за технічною суттю до пропонованого технічного рішення є резонатор змінної геометрії, патент (US 7,337,877, В2), прийнятий як прототип, та виконаний у вигляді горла, що використовується для всмоктування робочого тіла, стінок, що формують порожнину резонатора, та актуаторів, що використовуються для зміни об'єму порожнини і геометричних параметрів горла резонатора Гельмгольца. Недоліком пропонованого методу є відсутність засобів зворотного зв'язку з актуаторами, можливості зняття параметрів частотних характеристик резонатора та відсутність можливості регулювання амплітуди власних коливань резонатора Гельмгольца. Суть технічної задачі, на вирішення якої направлена корисна модель, що заявляється, полягає в можливості налаштування або перелаштування частоти та амплітуди резонансних коливань акустичних резонаторів в газодинамічних та акустичних системах. Резонансна частота власних коливань залежить від геометричних розмірів резонатора та визначається у відповідності до наступної формули ƒ 40 45 50 55 c S , 2 l  V де S - площа поперечного перерізу горловини резонатора; V - об'єм резонатора; l - довжина горловини резонатора; c - швидкість звуку. Враховуючи вищенаведену формулу, можна, зі зміною геометричних параметрів S, V і l, налаштовувати частоту резонатора на частоту акустичних хвиль, які створюються в газодинамічних та акустичних трактах. Для вирішення вказаної задачі пропонується технічне рішення, яке полягає у створенні підходящої акустичної системи демпфірування або підсилення рівня акустичної вібрації, з використанням резонатора, в якому реалізовано можливість налаштування амплітуди та частоти власних коливань, за допомогою рухомої задньої стінки, облаштованої еластичною мембраною. Таке виконання дозволяє змінювати об'єм резонатора, а застосування рухомої мембрани дозволяє підлаштовувати частоту та амплітуду його коливань. Під час роботи акустичної системи газовий потік з певною вимушеною частотою коливань рухається в каналі 1 (Фіг. 1). При проходженні горловини 2 частина потоку попадає в порожнину 3, де на певний час затримується (завдяки пружним властивостям газу) і знову виходить через горло 2 в канал 1. Якщо частота власних коливань резонатора і вимушених коливань газового потоку співпадають, то виникає явище резонансу, при якому найбільш ефективно відбувається демпфірування, або підсилення коливань газового потоку в каналі 1. Якщо частоти власних і вимушених коливань співпадають по фазі, то виникає підсилення коливань (зростає амплітуда коливань в каналі 1), а якщо частоти протифазні, то - демпфірування. 1 UA 112901 U 5 10 15 20 25 При зміні частоти вимушених коливань в каналі 1 (змінився режим роботи системи), відбувається зміна об'єму порожнини 3, шляхом пересування поршня 4 за допомогою електричного приводу 5, що приводить до переналаштування частоти власних коливань резонатора. При необхідності підсилення амплітуди власних коливань резонатора застосовується еластична мембрана 6, яка приводиться в рух п'єзоелектричним елементом 7. Також еластична мембрана 6 з п'єзоелектричним елементом 7 може бути використана як датчик частоти вимушених коливань в каналі 1. Для забезпечення ущільнення між поршнем 4 та стінками об'єму 3 застосовуються ущільнюючі кільця 8. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, на яких зображено: на Фіг. 1 - акустичний резонатор змінної геометрії; на Фіг. 2 - варіант виконання горловини резонатора. Нове конструктивне виконання акустичного резонатора забезпечує можливість налаштування амплітуди та частоти власних коливань в широкому діапазоні експлуатаційних режимів, шляхом зміни об'єму резонатора і руху еластичної мембрани. Запропоновану корисну модель направлено на застосування в газових трактах різноманітних технічних та акустичних системах для демпфірування або підсилення акустичних коливань. Таким чином, акустичний резонатор (Фіг. 1) містить газодинамічний канал 1, горловину 2, що може мати зовнішнє виконання (Фіг. 2), акустичну порожнину 3, рухомий елемент (поршень) 4, електричний привід 5, еластичну мембрану 6, п'єзоелемент 7, ущільнюючі кільця 8. Горловина 2 розміщується між газовим трактом 1 та акустичною порожниною 3 резонатора і виконує роль каналу для проходження робочого тіла до внутрішнього об'єму акустичної порожнини. Рухомий елемент 4, що розміщено в акустичній порожнині 3, використовується для зміни внутрішнього об'єму резонатора, що призводить до зміни частоти власних коливань резонатора. Еластична мембрана 6, що розміщена на рушійному елементі 4 за допомогою п'єзоелемента 7, забезпечує підлаштування частоти та амплітуди коливань резонатора, відповідно до вимушеної частоти акустичних коливань. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 1. Акустичний резонатор змінної геометрії, що містить порожнину, задня стінка якої виконана у вигляді рухомого елемента (поршня), що може переміщуватись в осьовому напрямку резонатора, змінюючи об'єм акустичної порожнини, тим самим налаштовуючи акустичний резонатор на необхідну частоту, який відрізняється тим, що рухомий елемент додатково оснащений еластичною мембраною, за допомогою якої можна змінювати амплітуду коливань та підлаштовувати її частоту, таке виконання резонатора змінної геометрії дозволить застосовувати їх в акустичних та газодинамічних системах для підлаштування (перелаштування) характеристик резонатора під змінний режим роботи системи. 2. Акустичний резонатор змінної геометрії за п. 1, який відрізняється тим, що рухомий елемент оснащений еластичною мембраною, яка може виконувати роль діагностичного елемента для визначення частоти вимушених коливань в газодинамічному тракті. 2 UA 112901 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3