[发明专利]一种可调吸声性能的蜂窝-微穿孔结构及其设计方法

说明书

本发明涉及一种可调吸声性能的蜂窝‑微穿孔结构，包括上面板与下面板及夹在上面板与下面板之间的蜂窝芯，所述上面板为微穿孔面板，所述蜂窝芯是可以伸缩的，所述蜂窝芯由下蜂窝芯和上蜂窝芯组成，上蜂窝芯的下端外径略大于下蜂窝芯的上端内径，通过控制上蜂窝芯拉出或缩入下蜂窝芯达到控制蜂窝芯高度的目的，从而控制背腔高度，改变结构共振频率，吸收不同频率的噪声。本发明结构原理简单，只需改变蜂窝‑微穿孔结构蜂窝芯高度就可以满足不同噪声环境的降噪需求，适用范围广，易操作。

技术领域

本发明属于利用蜂窝-微穿孔板复合结构设计的一种中低频降噪结构和方法，特别涉及一种可调吸声性能的蜂窝-微穿孔结构及其设计方法。

背景技术

随着科学技术的发展和人民生活水平地提高，越来越多的人选择乘坐安全高速的飞机出行。飞机在方便人们出行的同时也带来了一系列空气动力学问题，飞机噪声问题便是必须重视的空气动力学问题之一，飞机噪声会影响机组人员和乘客的舒适度、内部仪器设备的工作状态甚至影响飞机的飞行寿命和安全。对于飞机的降噪，无论是使用吸声材料还是吸声结构进行降噪，在满足吸声性能的前提下，一定要满足轻质可靠的特点，而蜂窝-微穿孔板结构由于其优良的力学性能和较好的吸声效果在飞机的降噪中被广泛使用。

由微穿孔板吸声原理可知，微穿孔板结构的板厚空腔深度直接影响结构的吸声性能即吸声频率和吸声系数，但是当蜂窝-微穿孔结构形成后，结构的吸声性能也已被确定。为了调节的结构吸声性能，将蜂窝-微穿孔结构的蜂窝部分设计成可以调节高度的蜂窝芯，通过蜂窝芯高度的变化实现对不同频率噪声的吸收。

发明内容

本发明针对蜂窝-微穿孔结构吸声结构，利用伸缩杆原理设计了一种可调吸声性能的蜂窝-微穿孔结构，通过改变结构蜂窝芯层的高度，实现结构对不同频率噪声的吸收，有效地提高了单层蜂窝-微穿孔结构的吸声效果。

本发明解决其技术问题采用以下技术方案。

一种可调吸声性能的蜂窝-微穿孔结构，包括上面板与下面板及夹在上面板与下面板之间的蜂窝芯，所述上面板为微穿孔面板，所述蜂窝芯是可以伸缩的，所述蜂窝芯由下蜂窝芯和上蜂窝芯组成，上蜂窝芯的下端外径略大于下蜂窝芯的上端内径，通过控制上蜂窝芯拉出或缩入下蜂窝芯达到控制蜂窝芯高度的目的，从而控制背腔高度，改变结构共振频率，吸收不同频率的噪声。

优选的，所述下蜂窝芯为采用密排圆形排布。

优选的，下蜂窝芯的内壁设置成锥台形，下蜂窝芯的上端内径略小于下蜂窝芯的下端内径，上蜂窝芯外壁设置成锥台形，上蜂窝芯的上端直径略小于上蜂窝芯的下端直径。

优选的，上蜂窝芯的下端外壁直径略大于下蜂窝芯的上端内壁直径且下蜂窝芯的内壁表面的斜率和上蜂窝芯外壁表面的斜率相同。

一种可调吸声性能的蜂窝-微穿孔结构的设计方法，包括蜂窝夹层板，所述蜂窝夹层板由上面板与下面板及其中间的蜂窝芯组合构成，设计步骤如下：

第一步，根据马大猷院士的微穿孔板理论以及计算机模拟验证空腔高度的改变对于微穿孔的吸声效果的影响。

对于微穿孔板吸声结构，在声波垂直入射时的吸声系数为：

微穿孔吸声体在共振时吸声系数达到最大值，此时，最大吸声系数值为：

吸声系数达到最大的频率即共振频率f₀满足：

2πf₀m-cot(2πf₀D/c)＝0 (3)

其中分别声阻r和声质量m分别为：