許偉，曾新吾，吳昌莉，陳玉波

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流體強(qiáng)聲換能器發(fā)展現(xiàn)狀

許偉1，曾新吾2，吳昌莉1，陳玉波1

(1. 第二炮兵裝備研究院，北京100094；2. 國(guó)防科技大學(xué)光電學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410073)

流體強(qiáng)聲換能器能夠產(chǎn)生不同頻段、不同用途的強(qiáng)聲波，在軍事和民用領(lǐng)域都具有重要應(yīng)用價(jià)值。對(duì)流體調(diào)制式、流體噴注式和流體諧振式三種流體強(qiáng)聲換能器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了介紹，對(duì)其發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了簡(jiǎn)要綜述。

流體；調(diào)制氣流聲源；強(qiáng)聲；換能器

0 引言

強(qiáng)聲換能器主要是指聲源出口聲壓級(jí)(空氣中)達(dá)140 dB以上的強(qiáng)聲發(fā)生系統(tǒng)。強(qiáng)聲換能器按能量轉(zhuǎn)換方式可分為化學(xué)能、電能和流體強(qiáng)聲換能器[1-5]。化學(xué)能強(qiáng)聲換能器，一般是利用爆炸產(chǎn)生的巨大能量來(lái)發(fā)聲，它可產(chǎn)生超大功率的強(qiáng)聲波，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，聲波特性難以控制；電能強(qiáng)聲發(fā)生器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，聲波頻率可以準(zhǔn)確控制，但換能效率低，要達(dá)到數(shù)千瓦的聲功率，耗電量相當(dāng)大，且結(jié)構(gòu)與材料要求均很高；流體強(qiáng)聲換能器是將壓縮空氣、高壓蒸汽或燃?xì)獾攘黧w有控制地排出并激發(fā)周?chē)劫|(zhì)的振動(dòng)，形成所需頻段和強(qiáng)度的連續(xù)聲波。流體強(qiáng)聲換能器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能量轉(zhuǎn)換效率相對(duì)較高，在軍事和民用領(lǐng)域都具有重要應(yīng)用價(jià)值，可用于強(qiáng)噪聲環(huán)境模擬、海上預(yù)警、遠(yuǎn)距離廣播、聲學(xué)清洗等用途。

本文對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的流體強(qiáng)聲換能器進(jìn)行了廣泛調(diào)研。按發(fā)聲原理將流體強(qiáng)聲換能器分為流體調(diào)制式、流體噴注式和流體諧振式三種[6,7]。下面就其發(fā)展及其現(xiàn)狀作簡(jiǎn)要介紹。

1 流體諧振式換能器

流體諧振式換能器的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示[8]，是一種可在氣體和液體中使用的諧振式發(fā)聲裝置，也稱(chēng)帕爾曼哨。由噴嘴D和簧片C組成，在液體中利用液體射流來(lái)激發(fā)簧片的振動(dòng)而產(chǎn)生聲波?；善岸撕秃蠖俗龀杉馀危淞鲊姵龊笳龑?duì)簧片尖端，簧片的振動(dòng)節(jié)點(diǎn)K為固定點(diǎn)。

當(dāng)高速射流從噴嘴噴出時(shí)會(huì)激發(fā)簧片振動(dòng)并發(fā)聲，產(chǎn)生的聲音屬于經(jīng)典的“邊棱音”。

1.1 國(guó)外相關(guān)研究

國(guó)外對(duì)此類(lèi)換能器的發(fā)聲機(jī)理研究較多。Brown等曾對(duì)“邊棱音”的發(fā)聲機(jī)理進(jìn)行過(guò)研究[9,10]，認(rèn)為與作用在尖劈上的力相關(guān)的局部流體振蕩，使噴注從噴口一出現(xiàn)就受到橫向的不穩(wěn)定擾動(dòng)。隨著層流噴注擾動(dòng)的增加，渦旋與尖劈產(chǎn)生相互作用，構(gòu)成一反饋環(huán)。當(dāng)噴注速度發(fā)生變化時(shí)，這一反饋就會(huì)產(chǎn)生具有特定頻率特性的聲波。Powell對(duì)該類(lèi)換能器實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)果表明，測(cè)到的作用于尖劈上的橫向力與所輻射的聲場(chǎng)有較為準(zhǔn)確的對(duì)應(yīng)關(guān)系，其聲強(qiáng)相應(yīng)地接近理論上速度的六次方[11,12]。Krothapalli曾對(duì)180°的尖劈，即一平面板情況下的發(fā)聲進(jìn)行過(guò)研究，認(rèn)為此時(shí)噴注具有很高的阻抗并阻礙局部流動(dòng)的橫向振蕩，在每一半空間的聲場(chǎng)更類(lèi)似于單極子聲場(chǎng)[13]。

1.2 國(guó)內(nèi)相關(guān)研究

相比國(guó)外，國(guó)內(nèi)更偏重于實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用研究。龔昌超等曾對(duì)該型聲源進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究[8]，指出諧振式聲源適合產(chǎn)生高頻噪聲，受結(jié)構(gòu)限制，很難用于產(chǎn)生低頻強(qiáng)聲?；善牧弦蚱诙鴶嗔咽沁@種聲源應(yīng)用到低頻強(qiáng)聲學(xué)方面所遇到的最大技術(shù)障礙。路斌等對(duì)該類(lèi)換能器在石油化工領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了探索，認(rèn)為其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固耐用，適合工業(yè)上的大規(guī)模應(yīng)用[14]。目前已有應(yīng)用于乳化、粉碎、均化、物化以及用于促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)、除塵和阻燃等[14,15]領(lǐng)域的報(bào)道。

2 流體調(diào)制式換能器

流體調(diào)制式換能器的典型結(jié)構(gòu)之一為旋笛，也稱(chēng)汽笛，見(jiàn)圖2[16]。其發(fā)聲原理是利用受控的機(jī)械裝置切斷氣流而形成斷續(xù)噴注的方法產(chǎn)生聲波，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，曾在火車(chē)、輪船上得到廣泛應(yīng)用，可用于遠(yuǎn)距離預(yù)警，具有主頻單一、傳播距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，其發(fā)聲頻率取決于動(dòng)定子構(gòu)件的開(kāi)孔數(shù)目。旋笛的發(fā)聲效率較高，有文獻(xiàn)報(bào)道，理論上效率最大值在產(chǎn)生正弦聲波時(shí)可達(dá)50%，產(chǎn)生方波時(shí)可達(dá)100%[16]。旋笛可產(chǎn)生很大的聲功率，如1942年，Jones設(shè)計(jì)的旋笛聲功率可達(dá)37.3 kW，Leonard和Wilson于1952年設(shè)計(jì)的旋笛聲功率則達(dá)到了100 kW[17]。

另一種流體調(diào)制式換能器發(fā)聲原理與旋笛類(lèi)似，稱(chēng)之為調(diào)制氣流聲源。自20世紀(jì)50年代以來(lái)，由于近代火箭技術(shù)的發(fā)展，導(dǎo)彈、飛機(jī)及外太空飛行器高強(qiáng)度環(huán)境試驗(yàn)的需求，大功率調(diào)制氣流聲源開(kāi)始受到關(guān)注，用于試驗(yàn)火箭、導(dǎo)彈、航天器和飛機(jī)等在強(qiáng)噪聲條件下的工作特性，或用于消除火箭、導(dǎo)彈和飛機(jī)產(chǎn)生的噪聲，其優(yōu)點(diǎn)是其輸出波形由小功率的電信號(hào)控制，可隨控制電信號(hào)變化，輸出聲信號(hào)的頻譜也可調(diào)節(jié)的，氣聲轉(zhuǎn)換效率可達(dá)11~15%。下面對(duì)這一類(lèi)型的換能器進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2.1 國(guó)外相關(guān)研究

國(guó)外對(duì)調(diào)制氣流聲源的研究主要集中在航空航天領(lǐng)域，以提供高聲強(qiáng)試驗(yàn)環(huán)境為主要應(yīng)用目的。Meyer[18]最早于1969年提出了調(diào)制氣流聲源的理論分析模型，基本思想為依據(jù)內(nèi)流場(chǎng)特性將聲源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖劃分為噴口定常等熵加速流動(dòng)區(qū)、非等熵和非線性定常湍流混合區(qū)、平均流動(dòng)條件下強(qiáng)聲波擾動(dòng)區(qū)。三個(gè)區(qū)域均可由一維可壓縮無(wú)粘流動(dòng)的連續(xù)性方程、動(dòng)量守恒方程和能量守恒方程等所組成的方程組描述。這是調(diào)制氣流聲源最基本和最重要的理論成果。幾乎所有的理論模型均是Meyer 提出的一維準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)簡(jiǎn)化思想的延續(xù)。當(dāng)前該類(lèi)型聲源的研制和生產(chǎn)以美國(guó)的Ling公司和Wyle 公司的產(chǎn)品最為典型，應(yīng)用也最為廣泛。以Ling EPT 200、Ling EPT 2005和WAS 3000等為代表的產(chǎn)品得到了美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)等航空航天機(jī)構(gòu)的青睞，可經(jīng)常在相關(guān)文獻(xiàn)上看到這些設(shè)備的使用[19-21]，聲功率可達(dá)數(shù)十千瓦，主要用于提供噪聲環(huán)境以模擬現(xiàn)代飛行器的噴氣噪聲，聲波頻率取決于調(diào)制信號(hào)源，理論上可以產(chǎn)生從次聲到語(yǔ)音，甚至超聲頻率范圍的聲波，其主要結(jié)構(gòu)如圖3所示。

美國(guó)宇航局(NASA)以及麻省理工學(xué)院(MIT)、賓夕法尼亞大學(xué)等都曾進(jìn)行過(guò)激勵(lì)音圈調(diào)制射流模擬航空發(fā)動(dòng)機(jī)高聲強(qiáng)工作環(huán)境，或模擬受到擾動(dòng)的高速射流對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響等方面的研究[22]。其實(shí)驗(yàn)裝置側(cè)重于設(shè)計(jì)小巧和使用方便，發(fā)出的聲功率相對(duì)較小。圖4為NASA的Lewis研究中心所做的模擬高壓射流擾動(dòng)引起航空發(fā)動(dòng)機(jī)喘振效應(yīng)的研究中所用的氣流調(diào)制機(jī)構(gòu)[22]，直徑只有7 cm。該裝置主要由置于磁場(chǎng)中的音圈機(jī)構(gòu)，在外加電激勵(lì)信號(hào)驅(qū)動(dòng)下對(duì)射流進(jìn)行調(diào)制，獲得類(lèi)似發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工作的聲學(xué)環(huán)境。其工作頻帶為0~450 Hz，工作壓力為689 kPa，調(diào)制機(jī)構(gòu)質(zhì)量為0.01 kg，氣流最大調(diào)制面積為41 mm2。以上研究由于應(yīng)用目的單一，調(diào)制頻帶一般都很窄，只能工作于特定的工作頻率，而且側(cè)重點(diǎn)在于氣流特性和聲場(chǎng)特性的實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)調(diào)制機(jī)構(gòu)工作原理與設(shè)計(jì)研究很少。

2.2 國(guó)內(nèi)相關(guān)研究

國(guó)內(nèi)對(duì)調(diào)制氣流聲源的研究始于20世紀(jì)60年代，中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所對(duì)調(diào)制氣流聲源進(jìn)行了理論探索和實(shí)驗(yàn)研究[23-25]，所研制的聲源結(jié)構(gòu)如圖5所示[25]，其聲功率可達(dá)10 kW。該類(lèi)聲源由動(dòng)環(huán)、定環(huán)、殼體、音圈、喇叭喉等組成，動(dòng)環(huán)和定環(huán)上開(kāi)有用于調(diào)制氣流的、高度相等的排縫結(jié)構(gòu)，且縫之間的間距相等，與Ling公司的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)很相似。調(diào)制氣流聲源工作時(shí)，高壓氣體進(jìn)入氣室，通過(guò)調(diào)制氣流的排縫結(jié)構(gòu)，排縫在電信號(hào)的控制下發(fā)生面積變化，就把斷續(xù)氣流壓入了喇叭喉，最后由出口排出。一般而言，調(diào)制面積越大，流量越大，其聲功率也就越大。該型聲源最大的缺點(diǎn)是要求工作氣流非常干凈，稍有灰塵或雜質(zhì)動(dòng)環(huán)就會(huì)卡住，極易損壞，因此無(wú)法使用普通的空氣壓縮機(jī)作為氣源(空氣壓縮機(jī)排出的氣流一般含有灰塵、油、水等雜質(zhì))，只能使用液氮?dú)饣蟮募儍舻母邏旱獨(dú)鈦?lái)工作[25]。另外，動(dòng)環(huán)很重，使得系統(tǒng)的頻響很低，需要的驅(qū)動(dòng)電功率較大。該類(lèi)聲源主要用來(lái)產(chǎn)生高聲強(qiáng)噪聲，曾經(jīng)用于國(guó)內(nèi)航天航空工業(yè)中的噪聲環(huán)境和聲疲勞試驗(yàn)研究。但由于工作可靠性及使用成本等方面的問(wèn)題，未得到廣泛使用。

在理論研究和實(shí)驗(yàn)方面，聲學(xué)所相關(guān)研究人員對(duì)調(diào)制氣流聲源做了大量深入而具體的工作。馬大猷[23]從氣體動(dòng)力學(xué)的基本原理出發(fā)，求得了調(diào)制氣流聲源的氣流-壓力特性，并用圖解法給出了求解給定氣室壓力和氣流噴口面積比的條件下聲輻射特性的方法。沈濠[25]對(duì)調(diào)制氣流聲源的振動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了研究，重點(diǎn)對(duì)振動(dòng)系統(tǒng)所需的電功率進(jìn)行了分析。在理論分析時(shí)，做了很多的簡(jiǎn)化和假設(shè)，在系統(tǒng)特性分析時(shí)忽略了諧振與阻尼，具有一定的局限性。但值得一提的是，這是目前可查的唯一直接針對(duì)調(diào)制氣流聲源振動(dòng)系統(tǒng)的分析。張擴(kuò)基[26]、孫洪生[27]等人對(duì)調(diào)制氣流聲源用于遠(yuǎn)距離語(yǔ)音廣播進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，得到了很多第一手的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。但由于種種原因，聲學(xué)所的相關(guān)研究中斷了很多年。近年來(lái)，中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所又重新啟動(dòng)了相關(guān)研究，楊亦春等[28]對(duì)提高調(diào)制氣流聲源的空氣利用效率進(jìn)行了探討。

受航空航天技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)，北京強(qiáng)度環(huán)境研究所(702所)也進(jìn)行了類(lèi)似的相關(guān)研究，研制了以DQY-6000S為代表的強(qiáng)聲發(fā)生裝置[29]，聲功率可達(dá)6 kW，能夠用于航天器的聲環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)。但由于受到裝置聲學(xué)性能與可靠性等方面的制約，未能在我國(guó)航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。清華大學(xué)席葆樹(shù)曾于20世紀(jì)90年代發(fā)明了一種調(diào)制式氣流揚(yáng)聲器，聲功率可達(dá)到10 kW，其結(jié)構(gòu)克服了聲學(xué)所的發(fā)聲裝置的部分缺點(diǎn)，但仍存在調(diào)制部件在高氣壓、大電流工作條件下易損壞等問(wèn)題，主要用于語(yǔ)音的遠(yuǎn)距離廣播[30]。但其工作側(cè)重于實(shí)驗(yàn)裝置本身，并未進(jìn)行任何相關(guān)的理論研究。

調(diào)制氣流聲源可實(shí)現(xiàn)的輸出聲功率范圍很廣，最小的只有幾聲瓦，最大可達(dá)到十萬(wàn)聲瓦以上，其發(fā)聲的核心在于振動(dòng)系統(tǒng)對(duì)氣流的調(diào)制。振動(dòng)系統(tǒng)屬于調(diào)制氣流中的核心關(guān)鍵技術(shù)，其結(jié)構(gòu)性能對(duì)聲學(xué)特性有著重要而直接的影響。但現(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)振動(dòng)系統(tǒng)由于多種原因介紹過(guò)于簡(jiǎn)單，尚未有關(guān)于振動(dòng)系統(tǒng)各結(jié)構(gòu)參數(shù)影響的詳細(xì)分析。另外，振動(dòng)系統(tǒng)調(diào)制氣流的同時(shí)，也受到氣流的反作用，目前尚無(wú)氣流作用的相關(guān)報(bào)道。

3 流體噴注式換能器

噴注式換能器是通過(guò)將噴出氣流注入某腔體內(nèi)發(fā)聲的。一種典型結(jié)構(gòu)為哈特曼哨，主要由噴口和共振腔組成，如圖6所示[31]。該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是噴口與共振腔共軸線且直徑相同。當(dāng)流體從噴口中高速?lài)姵鰰r(shí)，在噴口與共振腔之間的局部壓力產(chǎn)生周期性起伏，當(dāng)共振腔置于不穩(wěn)定壓力變化區(qū)后，流體就會(huì)周期性地進(jìn)入共振腔，使得腔內(nèi)的壓力逐漸升高并最終反饋出來(lái)，形成一個(gè)周期性的充填、反饋過(guò)程：首先是流體不斷充入共振腔，在腔內(nèi)達(dá)到過(guò)量壓力，使得其中的流體向外流出，當(dāng)此過(guò)量壓力高于噴口的流壓時(shí)，共振腔反饋的噴注可以壓制入射噴注，同時(shí)腔中累積的流體開(kāi)始向外流出，導(dǎo)致反饋的過(guò)量壓力逐漸降低，此時(shí)共振腔中將被再次注入流體介質(zhì)開(kāi)始另一個(gè)充填過(guò)程。如此周而復(fù)始，對(duì)周?chē)h(huán)境產(chǎn)生壓力擾動(dòng)，向外輻射聲波。

3.1 國(guó)外相關(guān)研究

對(duì)流體噴注式聲源的研究最早起源于Hartmann[31]。1918，Hartmann在測(cè)定該類(lèi)結(jié)構(gòu)出口射流的總壓分布的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)了在射流的很多區(qū)域壓力始終是波動(dòng)的，通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，他發(fā)明了哈特曼哨，即圖6所示結(jié)構(gòu)。但之后多年，受應(yīng)用限制，該類(lèi)聲源的研究沉寂了很長(zhǎng)時(shí)間。現(xiàn)代科技的迅速發(fā)展，使這類(lèi)聲源又重新受到人們的關(guān)注。噴注式結(jié)構(gòu)在不同應(yīng)用領(lǐng)域中叫法也不同，有“噴注式聲源”，“氣動(dòng)諧振管”，“1/4波長(zhǎng)管”等多種。

Holbeche等認(rèn)為Hartmann哨是一種緊湊、可控的大功率強(qiáng)聲發(fā)生器，并將其應(yīng)用于飛機(jī)噪聲的隔聲研究。聲源由航空發(fā)動(dòng)機(jī)提供能量。其所用聲源裝置的聲功率為1 kW，基頻為2.8 kHz[32]。G. Raman等[33,34]對(duì)主動(dòng)流動(dòng)控制進(jìn)行了研究，利用壓電換能器產(chǎn)生高頻激勵(lì)來(lái)抑制諧振管的流體共振特性。B. Brocher[35,36]對(duì)諧振管進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，認(rèn)為對(duì)于超聲速射流，最佳噴注間隙約等于兩倍管徑；并指出該結(jié)構(gòu)發(fā)聲頻率公式中管長(zhǎng)還應(yīng)包含額外的附加長(zhǎng)度。E. J. Kerschen[37]等針對(duì)1/4波長(zhǎng)管在產(chǎn)生低頻聲波時(shí)管長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題，提出了采用赫姆霍茲共振器代替等直徑管以縮短管長(zhǎng)的方法，并對(duì)赫姆霍茲共振腔進(jìn)行了理論分析。A. Hamed[38]等對(duì)4 kHz左右頻率的哈特曼管的起振條件進(jìn)行了研究，并認(rèn)為，發(fā)聲機(jī)理研究受限于湍流問(wèn)題的復(fù)雜性，仍是一個(gè)非常困難的問(wèn)題。A. B. Cain[39]等對(duì)發(fā)聲頻率為7.6 kHz的諧振管的流動(dòng)過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬，重點(diǎn)研究了發(fā)聲頻率的影響因素，認(rèn)為管長(zhǎng)是發(fā)聲頻率的決定性因素；指出氣體壓力對(duì)頻率有重要影響，當(dāng)諧振管很短時(shí)對(duì)頻率的改變比較明顯，另外流體慣性會(huì)明顯降低短管的發(fā)聲頻率。

3.2 國(guó)內(nèi)相關(guān)研究

國(guó)內(nèi)有關(guān)噴注式聲源發(fā)聲特性的研究非常少。楊松等[40]實(shí)驗(yàn)研究了噴注式發(fā)聲器的基本性能以及主要參數(shù)的相互關(guān)系，但研究側(cè)重于高頻段。實(shí)驗(yàn)研究表明，該發(fā)聲器作為一種混響室聲源，可以有效彌補(bǔ)一般聲源高頻部分的不足，并認(rèn)為高頻發(fā)聲器的共振腔深度是決定其發(fā)聲頻率的重要參數(shù)。吳嘉等[41]用流動(dòng)顯示的方法對(duì)類(lèi)似結(jié)構(gòu)高強(qiáng)聲下駐波管中的聲流問(wèn)題進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究探討，認(rèn)為當(dāng)聲壓級(jí)增大到一定值以后，駐波管內(nèi)將產(chǎn)生復(fù)雜的湍流結(jié)構(gòu)。宋碩等[42]將噴注式聲波發(fā)生器在油田中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)研究了結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)產(chǎn)生高頻聲波時(shí)發(fā)聲頻率的影響，但在研究發(fā)聲機(jī)理時(shí)將聲輻射等效為球面波，是有待商榷的。張利杰等[43]對(duì)噴注式聲源單元組陣技術(shù)進(jìn)行了數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)單元相位不一致等問(wèn)題制約了陣列軸線聲壓級(jí)的提高。目前該型結(jié)構(gòu)的一個(gè)最新應(yīng)用方面是航空航天領(lǐng)域，將其用作火箭發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火裝置[44]，但并非利用其聲學(xué)特性，而是側(cè)重于熱效應(yīng)的應(yīng)用。

總的來(lái)說(shuō)，噴注式聲源仍處于初步研究階段，其氣動(dòng)過(guò)程和流動(dòng)過(guò)程的細(xì)節(jié)并不十分清楚，目前也尚未查到相關(guān)聲場(chǎng)研究的相關(guān)文獻(xiàn)。另外，上述研究中，幾乎所有的工作頻率都位于千赫頻段，未見(jiàn)低頻研究的報(bào)道。噴注式聲源尚有待于進(jìn)一步深入研究。

4 結(jié)束語(yǔ)

流體強(qiáng)聲源應(yīng)用廣泛，具有廣闊的應(yīng)用前景。但由于流體強(qiáng)聲技術(shù)并不是當(dāng)前聲學(xué)研究的主流，關(guān)于流體強(qiáng)聲技術(shù)的工作和文獻(xiàn)非常少，該類(lèi)聲源的技術(shù)尚不成熟，國(guó)內(nèi)只有極少數(shù)單位和個(gè)人曾經(jīng)進(jìn)行過(guò)相關(guān)問(wèn)題的研究。流體強(qiáng)聲換能器都是使用流體射流作為動(dòng)力源來(lái)激發(fā)聲波的，在流體發(fā)聲的過(guò)程中，流場(chǎng)與聲場(chǎng)耦合在一起。其中射流的流體動(dòng)力學(xué)是一個(gè)較為復(fù)雜的研究領(lǐng)域。另外，射流與腔體的耦合發(fā)聲所涉及到的物理模型和物理機(jī)制也是各不相同的，研究理論更是缺乏，其中涉及的數(shù)學(xué)處理也是非常復(fù)雜和困難的。因而該類(lèi)發(fā)生器的發(fā)聲機(jī)理至今沒(méi)有得到令人滿意的解釋?zhuān)^大部分僅限于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析。研制大功率的強(qiáng)聲源，開(kāi)展相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)研究以滿足各種特殊要求，是目前流體強(qiáng)聲源發(fā)展中亟待解決的重要問(wèn)題。

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由于總裝機(jī)容量正在以顯著的速度增長(zhǎng)，光伏發(fā)電不可避免的在輸電系統(tǒng)中造成重大的不確定性影響[8]。光伏發(fā)電可以描述為一個(gè)間歇性的可變發(fā)電源，因?yàn)樗纳a(chǎn)受到天氣和環(huán)境的影響，例如太陽(yáng)輻射、環(huán)境溫度、風(fēng)速和風(fēng)向[9]。在實(shí)際的系統(tǒng)運(yùn)行中還應(yīng)該考慮傳統(tǒng)發(fā)電的影響，這對(duì)緩解不確定性問(wèn)題至關(guān)重要。如果在電力系統(tǒng)的概率模型中不考慮發(fā)電操作的行為，則只需利用松弛總線補(bǔ)償所有與光伏發(fā)電和負(fù)載有關(guān)的變化。光伏并網(wǎng)發(fā)電時(shí)，光伏發(fā)電的隨機(jī)特性可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)的有功功率平衡產(chǎn)生不利影響。光伏發(fā)電電源應(yīng)由發(fā)電調(diào)度操作和自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）[10]進(jìn)行補(bǔ)償。

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The development status of fluid-induced powerful acoustic transducer

XU Wei1, ZENG Xin-wu2, WU Chang-li1, CHEN Yu-bo1

(1. The Equipment Academy of the Second Artillery, Beijing 100094, China; 2. College of Optoelectronic Science and Engineering, National University of Defense Technology, Changsha 410073,Hu’nan, China)

Fluid-induced powerful acoustic transducers can produce intensive sounds with a variety of frequencies, which have wide military and civil applications. In this paper, the structure characteristics of this kind of acoustic transducers based on three commonly used modes, namely air-modulated, jet, and fluid-resonance, are introduced. Besides, the status and trend of the fluid-induced powerful acoustic transducers are briefly summarized.

fluid; air-modulated speaker; intensive sound; transducer

TB534.2

A

1000-3630(2015)-01-0090-06

10.16300/j.cnki.1000-3630.2015.01.017

2013-11-20;

2014-03-02

許偉(1981－), 男, 河北新樂(lè)人, 博士, 研究方向?yàn)槁晫W(xué)技術(shù)。

許偉, E-mail: xuwei217@gmail.com