内置卷曲空间的蜂窝微穿孔板低频吸声结构设计

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fang_pi
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蜂窝复合结构作为一种兼具良好吸隔声性能的部件被广泛应用在航空航天等领域。针对普通蜂窝微穿板结构无法兼顾低频吸声与轻薄结构厚度的缺点,本文着重将蜂窝微穿孔板的内部结构加以改进,与卷曲空间结构进行复合,形成一种内置卷曲空间的蜂窝微穿孔板结构,使其在保持轻薄尺寸的条件下达到低频吸声的目的。本文首先对微穿孔板吸声体,蜂窝微穿孔板复合结构以及卷曲空间结构进行了简要介绍,并使用声电类比法对微穿孔板结构的吸声机理进行了分析,并理论推导了微穿孔板吸声体结构的总阻抗以及吸声系数。通过MATLAB建立了微穿板结构的吸声系数理论计算模型,并且讨论了不同参数对于微穿孔板结构的吸声性能的影响规律。对影响蜂窝微穿孔板吸声性能的四个结构参数:板厚、腔深、孔径与穿孔率就提高低频吸声性能进行可行性分析。分析结果表明:微穿孔的孔径越大,微穿孔板结构的吸声系数就越小,吸声频带越窄,但对共振频率影响有限。而微穿孔的穿孔率越小,吸声结构的吸声系数越大,吸声曲线往低频移动,吸声频带变窄。微穿孔板越厚,吸声频带越窄,最大吸声系数逐渐往低频移动,但移动范围有限。吸声体腔深越大,最大吸声系数越往低频移动,且调节作用明显,但吸声频带一定程度变窄,其验证了延长腔深以降低吸声频带的设计思路的可行性。其次通过将卷曲空间结构嵌入蜂窝微穿孔板的蜂窝芯内,设计了一种内置卷曲空间的蜂窝微穿孔板结构,先以其结构胞元作为研究对象,采用阻抗理论和等效腔深建立了这种吸声结构胞元的吸声系数理论计算方法,通过COMSOL有限元软件仿真结果初步验证了结合卷曲空间的方法能够有效降低吸声频带并提高吸声系数,并通过对比仿真和理论计算结果,验证了仿真方法的正确性。随后在保持结构厚度20mm的条件下,分别研究卷曲空间结构的几何尺寸参数对其吸声结构胞元的低频吸声特性影响,参数包括:开口环壁厚t、相邻两环间距d、开口环的开口角度以及开口环数N。研究结果表明:增大开口环数、壁厚或者减小开口角度、环间距,均能降低吸声频带。经过结构参数调整后的内置卷曲空间的蜂窝微穿板结构在频率284Hz处最大吸声系数为0.97,显示了良好的亚波长(λ/60)吸声特性。并通过对吸声结构胞元的周期性排列,拓宽了内置卷曲空间蜂窝微穿孔板结构的吸声带宽。此外通过在蜂窝微穿孔板结构的蜂窝芯内部嵌入迷宫型卷曲空间结构,形成一种内置迷宫的蜂窝微穿孔板结构,仍先以其结构胞元作为研究对象,从仿真角度研究不同结构参数对迷宫吸声结构胞元的低频吸声性能影响,参数主要包含迷宫半径R,迷宫结构高度H,迷宫壁厚t以及迷宫单胞面积比S。研究结果表明:增加迷宫高度H可有效提高吸声系数和拓宽吸声带宽;增大迷宫半径R,迷宫单胞面积比S与迷宫壁厚t,吸声曲线向低频移动。并将两种不同卷曲空间结构胞元进行串联,形成双层卷曲空间蜂窝微穿孔板结构,通过仿真结果表明,相较于相同高度的单卷曲空间结构的蜂窝胞元,该双层吸声结构胞元吸声带宽有明显提高。并通过对内置迷宫结构蜂窝吸声结构胞元的周期性排列,拓宽了内置迷宫结构蜂窝微穿孔板结构吸声带宽,实现了轻薄蜂窝微穿孔板低频宽带吸声。最后对本文提出的内置卷曲空间蜂窝微穿孔板结构进行了总结,同时指出了本文研究的不足之处。并提出了补充试验验证、拓宽低频吸声结构带宽、以及对内置卷曲空间蜂窝微穿孔结构进行强度分析三个研究方向,为下一步工作提供了思路。
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