【摘 要】
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近年来,人们对飞机乘坐时的舒适度要求逐渐提高,这就需要使飞机舱室内的噪声维持在更低的水平。飞机舱室噪声具有噪声源分布广、源特性复杂、宽频带等特点,舱室常用的双层结构在中、高频带具有良好的隔声降噪效果,但在低频段降噪效果较差。飞机舱室降噪是一个极其复杂又至关重要的科学问题,是目前航空器先进设计技术的前沿研究方向之一。为此,本文设计了一种含压电分流阵列的新型复合隔声结构,为飞机舱室宽频隔声降噪提供新的
【基金项目】
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湖北省自然科学基金项目“面向飞机舱室的轻质双夹层复合结构宽频隔声机理与控制方法研究(2020CFB510)”;
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近年来,人们对飞机乘坐时的舒适度要求逐渐提高,这就需要使飞机舱室内的噪声维持在更低的水平。飞机舱室噪声具有噪声源分布广、源特性复杂、宽频带等特点,舱室常用的双层结构在中、高频带具有良好的隔声降噪效果,但在低频段降噪效果较差。飞机舱室降噪是一个极其复杂又至关重要的科学问题,是目前航空器先进设计技术的前沿研究方向之一。为此,本文设计了一种含压电分流阵列的新型复合隔声结构,为飞机舱室宽频隔声降噪提供新的思路。本文首先建立了具有周期性正交加肋连接的复合薄板的理论模型,考虑了正交肋板不同惯性项的影响,基于空间谐波法和虚功原理推导出了结构的隔声量计算公式,并通过仿真验证了理论方法的准确性。此外还分析了入射角度、面板厚度、肋板间距和肋板厚度等关键参数对结构隔声量的影响规律。研究结果表明,正交加肋连接的复合薄板结构在中、高频段具有良好隔声效果,但在低频范围的隔声性能还有待改善。由于压电分流阵列具有减振降噪和拓宽隔声频带的功能,本文将压电分流阵列技术引入隔声结构设计,建立了含压电分流阵列的无限大薄板的理论模型,研究外接分流谐振电路的压电分流阵列对板状结构隔声量和隔声频带的影响机制;基于压电本构方程和等效介质法理论,建立结构的等效物理参数模型,并结合结构弯曲波法推导出了该结构的隔声量表达式,采用有限元方法验证了本文提出的理论方法的准确性。通过对比有无压电分流阵列薄板结构隔声效果,结果表明,含压电分流阵列薄板结构不仅保持中、高频段良好的隔声性能,而且压电分流阵列能有效改善结构的低频隔声性能并拓宽隔声频带。此外,进一步探讨了薄板结构在添加压电片阵列后产生局域共振的物理机理,研究了不同参数对结构隔声量的影响机制。最后,基于压电阵列对板状结构隔声性能的改善效果,将压电分流阵列和正交加肋连接的复合薄板进行结合,建立了一种含压电分流阵列的新型复合隔声结构理论模型,推导了该结构隔声量理论计算方法,并通过有限元仿真验证了该方法的准确性,同时分析了关键参数对结构隔声量的宽频调控机制。此外,本文设计并制作了含压电分流阵列的复合隔声结构实验样件,并对其展开隔声量实验测试,结果验证了本文提出的新型复合隔声结构理论方法的准确性,以及该结构具有优良的宽频隔声性能。本文利用理论、仿真和实验的方法对含压电分流阵列的复合结构开展隔声性能研究,结果表明所设计的新型复合结构具有良好的宽频隔声特性,为飞机舱室宽频隔声降噪设计提供了一种新的思路,具有重要的学术研究价值和工程意义。
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