Выше уже указывалось па то, что вибрационное горе­ние является типичным автоколебательным процессом. В тот — момент, когда созрели необходимые условия, ам­плитуды колебаний совершают резкий и практически мгновенный скачок. Быстрое наступление вибрационно­го горения (обычно оно достигает установившейся ампли­туды за время, равное 2—3 периодам колебаний) снльио затрудняет изучение стадий развития этого процесса. Одпако в некоторых случаях, прп опытах па специаль­ных установках лабораторного типа, удается проследить, как при постепенном изменении условий опыта (коэффи­циента избытка воздуха, положепия по осп течения по­движного стабилизатора и т. п.) одип вид установившихся автоколебаний сменяется другим видом. При этом обыч­но можно заметить, что разным видам автоколебаний соответствуют разные амплитуды.

Часто можно наблюдать, как первоначально хаоти­ческие колебания давления, после едва заметного изме­нения условий опыта, приобретают ярко выраженные свойства автоколебаний (четко выраженная и постоянная частота с постоянной амплитудой), хотя амплитуда коле­баний и не увеличивается заметным образом. При даль­нейшем (тоже едва заметпом) изменении условий опыта возникают весьма мощные автоколебания. Это говорит о том, что малым п непрерывным изменениям условий опыта нередко соответствует не просто переход от спо­койного горения к мощным автоколебаниям, как это ил­люстрирует рис. 76, а ступенчатый переход от спокой­но го (вернее сказать, хаотического) горения к автоко­лебаниям одного тина, а затем от этих автоколебаний к другим.

Основываясь на сказанном, можно рассматривать эти ступени в качестве стадий развития процесса вибрацион­ного горения. Конечно, остается открытым вопрос о том, совпадают ли эти стадип (связанные с изменением усло­вий опыта) с развитием процесса вибрационного горения но времени (без изменения в течение этого времени усло­вий опыта). На известную близость этих двух явлений ука­зывает следующий экспериментальный факт. Вызвав ав­токолебания малой амплптуды, экспериментатор иногда может наблюдать самопроизвольный переход системы к следующей стадии — мощным автоколебаниям.

Типичная картина смены трех перечне лепных стадпй горепия может быть хорошо прослежена на примере развития вибрацноппого сгоранпя заранее подготовлен­ной однородной смеси за коническим стабилизатором, установленным в трубе.

Я стадпя. На фотографиях, полученных скоростной киносъемкой, можно видеть особенности этого вида горе­ния. Поверхность пламени за стабилизатором хотя и имеет изменяющуюся от кадра к кадру конфигурацию, в сред­нем дает обычную, приблизительно коническую поверх­ность горения, характерную для точечного источника поджигания. Изменение конфигурации фронта пламени от кадра к кадру говорит о возможности возникновения неустойчивости за счет подвижности фронта пламени. Какой-либо четкой регулярности в этом виде горения не наблюдается. Амплитуда колебаний давления незначи­тельна.

Я стадпя. Эта стадия является переходной к мощным автоколебаниям. Она характеризуется явно выражеппой периодичностью горепия и достаточно большими ампли­тудами колебаний. Переход от первой стадпп ко второй происходит практически мгновенно.

В зависимости от условий опыта (в частности, типа источника поджигаиия) вторая стадпя может иметь свои особенности, вплоть до различных механизмов обратной связи. В рассматриваемом случае главным механизмом поддержания колебаний является периодический срыв горящих молей со стабилизатора, наподобие срыва вих­рей за плохо обтекаемым телом. Это явление уже описы­валось выше (см. § 36, рис. 72).

3-я стадия. В отличие от второй стадии, имеющей тот или иной вид в зависимости от конкретных условий опы­та, третья стадия внешне проявляется обычно одинако­вым образом — забросом иламепи вверх по потоку в обла­сти, лежащие перед стабилизатором (в тех случаях, когда горение происходит в следе за поджигающим источником).

В гл. VIII па частном примере было показано, что по мере развития колебаний они могут вырасти до стадии заброса пламенп вверх по потоку, причем этот заброс вы­зовет такие изменения в процессе гореппя, которые можпо рассматривать как причину появлення в уравнениях, опи­сывающих вибрационное горспие, существенных нелипей — ностей, ограничивающих амплитуды колебаний.

В той же главе было указано, что этот вывод можпо распространить и на другие случаи возбуждения рассма­триваемой колебательной системы, причем наряду с за­бросом пламепп вверх по потоку было выявлено важное значение периодического отрыва иламепи от удерживаю­щих его источников поджигания.

То обстоятельство, что периодический заброс пламени вверх по потоку п обычно сопутствующий ему (через пол­периода) отрыв пламени от источников поджигания при­водит к резкому измеиеппю характера гореппя, вызываю­щему ограничение амплитуд колебапий, объясняет один и тот же характер третьей стадии вибрационного горения вие зависимости от предшествующей «истории» развития процесса колебаний.

Колебания рассматриваемого типа поддерживаются механизмом, отличным от описанных выше. Здесь уже нельзя говорить о вихреобразовании за стабилизатором и о колебаниях поверхности фропта пламени как о глав­ных причинах поддержания вибрационного характера горенпя. Вероятно, здесь будет неточным даже само по­нятие «фронта пламени», понимаемого как некоторая по­верхность достаточно малой толщины. Горение имеет здесь вследствие сильной турбулпзацпи скорее объемный характер.

Т

Горение такого рода, зафиксированное скоростной киносъемкой, показано на рпс. 87. Схематически оно мо­жет быть описапо следующим образом. Частица иредва-

Стадилизатор | | Область

Хал одна я ] 2 смесь

Щ

Ш

LJuc. 87. Схема процесса горении при ин­тенсивном «забросе» пламепп в область, лежащую перед стабилизатором.

Рптельпо заброшенных вверх по течению горящих газов приобретает прп обратном движении большую скорость, и зона раздела сгоревшей и несгоревшей смеси проносит­ся мимо стабилизатора, не сохраняя иногда видимого
горящего следа за ним. Но вскоре за стабилизатором воз­никает пламя; оно развивается иногда в виде начинаю­щего светиться шнура в области аэродинамической тени (следа) за стабилизатором. Сильио вытянутая и сравни­тельно топкая область возникшего пламени начинает рас­пространяться в радиальных направлениях, и к тому моменту, когда пламя заполняет все сечение трубы, вновь возникает заброс нламоии.

Заброс пламени не является, копечно, обязательной формой наиболее развитых автоколебаппй. Во многих случаях оп просто невозможен: например, при сгорании угольной ныли в предтопке, иламепи некуда «забрасы­ваться», так как сгорапие происходит в непосредственной близости от закрытого конца продтопка. Сказанное выше имело отношение только к горению в трубах за стабили­заторами. Однако опясаппып частный случаи важен в том отношении, что он указывает на возможность суще­ствования стадий развития вибрационного горения, каж­дая из которых может иметь свой особый механизм воз­буждения и поддержания колебаний. Это говорит о пол­ной безнадежностп найти какой-то один механизм, одну причину возникновения вибрационного горения. Ие толь­ко различные лабораторные установки, двигатели или топки, по даже одна и та же простейшая лабораторная установка способна в течение одного запуска дать воз­можность проявиться различным механизмам вибрацион­ного горения.

В заключеине надо сказать несколько слов о вопросе, который часто возникает у лиц, недостаточно знакомых с теорией колебаний. Речь пдет о так называемой «первой причине» возникновения автоколебаний. Если рассматри­вать режимы мягкого возбуждения автоколебаний (т. е. автоколебаний, возникающих от того, что исходный стационарный режим неустойчив по отношению к беско­нечно малым возмущениям), то сама постановка вопроса о «первой причнне» или «первом толчке» является абсурд­ной. Дело в том, что в случае неустойчивости стационар­ного режима по отношению к малым возмущениям, любое сколь угодно малое возмущение этого стационарного режима любой причиной (а таких прнчнн в реальном по­токе огромное множество) приведет к развитию неустой — чпвости и переходу к автоколебаниям, характер которых нпкак не зависит от типа начального возмущения. Ста­вить вопрос о «первой причине» в этом случае столь же пелено, как искать первую нрнчину того, что карандаш, поставленный на остро отточенное острие, тут же надает.

Однако по иск н «первой причины» не являются столь абсурдными, если в них вкладывается иное содоржанпе. Поставим вопрос о механизмах обратной связи, которые могут проявиться уже при бесконечно малых возмуще­ниях течения. По-видимому, не все рассмотренные Б гл. VII механизмы обратпой связп обладают этим свойством. Не­ясно, например, будет ли впхреобразованне за стабилиза­тором или в холодной части течения подстраиваться к акустическим частотам при сколь угодно малых ампли­тудах акустических колебаний. Скорее всего, это не так, иначе срывы вихрей за стабилизатором перестраивались бы на акустические частоты и без горения. Поэтому можно говорить о механизмах обратной связи, действующих с самого начала (к ним относится, например, механизм, связанный с волпообразоваппем на фронте пламени), и о механизмах, могущих проявиться лишь после того, как акустические колебания достигли извостной величи­ны. Если понимать, таким образом, под «первой причиной» не первый толчок, а совокупность механизмов обратной связи, способных действовать в начальные стадии раз­вития вибрационного горения, то этот вопрос становится законным. Это соображение поясняет также, что вопрос о стадиях развития вибрацноппого горения не является надуманным.