[发明专利]一种抑制微穿孔板非线性效应的结构参数设计方法

说明书

本发明公开了一种抑制微穿孔板非线性效应的结构参数设计方法，包括以下步骤：步骤一：对高声强噪声场进行频谱和声压级分析，根据噪声能量的频域分布情况，确定限制条件参数以及待设计参数；步骤二：选取一组{d，t/d}参数；步骤三：计算对应的穿孔率σ；步骤四：根据参数组合{d，t/d，σ}及已知参数f₀，通过数值仿真绘制微穿孔板结构声阻抗Z随入射声压级P_i变化的曲线；步骤五：观察步骤三中声阻抗随入射声压级变化的关系曲线，获得非线性声阻抗开始起作用的转变声压级。本发明通过实现对高声强下微穿孔板吸声结构的非线性效应的有效抑制，使其在给定的声压级范围内具有良好的线性吸声性能，大大拓宽微穿孔板吸声结构可以有效应用的声压级范围。

技术领域

本发明涉及一种抑制微穿孔板非线性效应的结构参数设计方法，吸声降噪技术领域。

背景技术

微穿孔板吸声结构具有清洁、质轻、防潮、耐高温、板材多样性等优点，被誉为21世纪最具吸引力的绿色环保吸声材料。微穿孔板吸声结构是由我国声学泰斗马大猷教授于1975年提出，经过几十年的发展，微穿孔板结构在较低声压级线性条件下(声压级SPL一般小于100dB，甚至更小)的声阻抗理论模型以及相关的声学设计理论已相当完善，然而在具有高强度声场的应用环境下，如航空发动机、导弹发射井等，微穿孔板结构的声阻抗将依赖于入射声压级，表现出强烈的非线性效应，此时其声阻抗包括两部分，一部分是线性声阻抗，另一部分是由非线性效应导致的非线性声阻抗。线性声阻抗与声压级无关，可应用线性条件下成熟的声阻抗计算公式进行精确计算，因此建立高声强下微穿孔板结构的准确声阻抗模型的关键在于非线性声阻抗的精确获得。为此，各国学者一直在做不懈的努力，但遗憾的是，截至目前，关于微穿孔板结构的非线性声阻抗模型基本都是半经验的，还没有一种公认的模型或者方法能够对其进行精确地计算和预测。纠其主要原因在于，非线性吸声机理在于孔端射流和涡脱落引起的声涡能量转换，由于声涡能量转换这一物理过程的复杂性，已阻断了获得高声强下精确的声阻抗理论模型的可能性。非线性效应不仅使微穿孔板结构在线性条件下完善的声阻抗理论模型以及声学设计理论不再合适，还导致其吸声性能下降以及难以建立精确的声阻抗理论模型等问题。这是因为微穿孔板本身已提供足够的线性声阻，如果再加上非线性声阻，反而会导致吸声性能下降。虽然国内外众多学者通过降低线性声阻，利用非线性声阻起主导作用可将微穿孔板结构的应用延伸至高声压级(如采用孔径大于1mm的普通穿孔板)，但这种方法并没有从根本上解决微穿孔板结构适用的声压级范围受非线性效应局限的问题。因为非线性声阻抗会随着声压级大小的变化而变化，因而很难针对不同声压级进行普适设计。这些都给非线性效应的有效利用带来局限。

研究表明，微穿孔板结构的声阻抗随着声压级的增大会经历一个从线性阶段到非线性阶段的转变，并且在转变处对应一个特定的声压级，可称之为临界声压级，它是非线性声阻抗开始起作用的临界条件。如果可以实现对非线性效应的有效抑制，即提高临界声压级的大小，使其在临界声压级以下具有线性吸声能力，则不仅能将微穿孔板有效应用的声压级范围拓宽至高声强，还能应用线性条件下完善的声学设计理论对其吸声特性进行准确预测和按需设计。此种方法与现有的尽量减小线性声阻，通过非线性声阻抗拓展其应用至高声强的方法有本质的不同，尚未见报道。

发明内容

目的：针对微穿孔板吸声结构在高声强下的应用受非线性效应局限的问题，本发明提供一种通过结构参数设计抑制微穿孔板非线性效应的方法，通过实现对高声强下微穿孔板吸声结构的非线性效应的有效抑制，使其在给定的声压级范围内具有良好的线性吸声性能，大大拓宽微穿孔板吸声结构可以有效应用的声压级范围。

技术方案：一种抑制微穿孔板非线性效应的结构参数设计方法，包括以下步骤：

步骤一：对高声强噪声场进行频谱和声压级分析，根据噪声能量的频域分布情况，明确微穿孔板所期望工作的线性声压级范围和最大降噪频率点，进而确定限制条件参数以及待设计参数，其中，已知参数包括：

P₀：微穿孔板工作环境的最大声压级，单位为dB；