一种微穿孔板消声器

本文根据马大猷教授提出的“微穿孔板吸声体精确理论”，在对微穿孔板消声器结构参数与吸声特性之间的相互影响进行了分析的基础上，设计了微穿孔板消声器并将其应用在新舟60飞机APU(辅助动力装置)降噪的实际工程中，并通过编写的噪音数据采集分析程序，对降噪效果进行了测试和分析，验证出微穿孔板消声器对消除飞机的APU的排气噪声具有良好的消声效果，平均降噪7．16dB。     

穿孔率和穿孔直径耦合下微穿孔板吸声体整体吸声性能

微穿孔板几何参数的耦合性及其对整体吸声性能的影响,对于设计微穿孔板吸声体和优化其工作性能具有指导作用。根据微穿孔板吸声体基本理论,研究了穿孔率和穿孔直径双参数耦合作用下微穿孔板吸声体的整体吸声性能。穿孔率和穿孔直径之间的耦合性与其本身取值密切相关,而与板厚和板后腔深无明显关系;在穿孔率-穿孔直径参数域上,吸声体存在吸声系数为1.0的吸收峰,整体吸声性能随穿孔率或穿孔直径从小到大变化,呈现出先增强后减弱的变化趋势。该结论能够准确解释微穿孔板受粉尘污染后吸声性能的变化规律和演变路径。论文的工作为设计微穿孔板吸声体提供了一种新的理论依据和实施方法。     

微穿孔板几何参数估算及其对吸声性能的影响

不规则孔微穿孔板几何参数无法直接获知,造成吸声性能计算困难,故提出一种微穿孔板几何参数估算方法。将不规则孔等效处理为圆孔,利用马氏理论关于圆孔微穿孔板的基本理论,建立了微穿孔板几何参数估算模型;将参数估算结果用于吸声性能预测,理论计算与实验结果吻合。根据微穿孔板几何参数对高吸声性能区域的影响,探讨了马氏理论适用极限与微穿孔板几何参数的关系,以及微穿孔板受粉尘污染后吸声性能演变规律。将微穿孔板参数点取在面积较大的高吸声性能区域中间部位,可获得较大的马氏理论适用极限;微穿孔板参数点位于高吸声性能区域右上部位时,一定程度的粉尘污染不会降低吸声性能.     

有源消声器消声机理的研究

本文从理论和实验两个方面对有源消声器的消声机理作了研究。理论和实验结果证明了当次级源为单指向声源时,初级源的声能量全部被次级声源所吸收,而没有能量被反射回上游方向。文中还对能量吸收的过程进行了探讨。     

微穿孔板的实际极限

对微穿孔板吸声器的构造和吸声特性进行了分析。曾认为低穿孔常数和孔径小可导致宽频带内的高吸声特性。为求得极限,从穿孔系数为1,孔径0.1 mm开始,因为负载声阻和吸声系数可接近1,高吸声系数的共振频率可达1000 Hz,高频率可在吸声范围之内。单片微穿孔板可否用于平常噪声控制,在宽频带内吸声较大?为了比较,半吸声带宽不适用,因为可能包括低吸声系数。建议用吸声系数0.5作为实际吸声底线,为比较微穿孔板的统一标准。更以吸声系数的频率曲线以进行详细比较。负载声阻为1(声阻等于空气特性阻抗)时,微穿孔板的吸声范围约为2.5倍频程,比常用的微穿孔板稍好。负载声阻大于1时,吸声的频率范围显著增加,有些适合宽频带高吸收的要求。将其实现可能是微穿孔板吸声器的重大发展。     

微穿孔板的应用技术

自1975年马大猷教授发表了关于微穿孔板吸声构造的论文[^{1,2]以后,微穿孔板吸声构造在我国的应用已日趋扩大。近年来,在欧美,环境和卫生界人士提出矿物性纤维对人体健康有害的见解,虽然对这种见解尚未取得一致的意见,但因此却使人联想到几十年前因石棉对人体有害所引起的建筑物内大量翻修,以新的材料替换石棉的情景。吸声材料的生产厂家迫切要求能生产不含矿物纤维的宽频带吸声材料,而很多建设方也要求在新建筑物内不再使用矿物性纤维吸声材料。微穿孔板正是适应这一要求、不需外加阻尼材料的共振型吸声构造。新建的联邦德国议会全体会议大厅是周围为玻璃墙面的圆形建筑物,建成首次使用时,发生由于墙面声反射引起会场扩声系统不能正常工作的问题。为了解决这个声学问题而又不改变目前建筑形状和外观,我们设计并试制了透明的微穿孔板吸声构造。}     

高声强下的微穿孔板

微穿孔板的穿孔面积(例如百分之一左右)比一般都低,所以在稍高的声强下,穿孔内的质点速度可达到相当高的数值(和声速比),因而将影响微穿孔板的声阻抗和它的特性。理论证明,穿孔,做为短的细管所受影响不大,但其末端改正则由于形成喷注,使其声阻大为增加,声质量则稍有降低。后果是使微穿孔板适用的声强范围受限,但也可以根据这个规律延伸微穿孔板的使用到更高声强。文中将举例说明这些关系。     

微穿孔板和微缝板吸声体研究进展

介绍了我国在新型吸声体微穿孔板和微缝板的特点、首创、理论分析、加工制作、多方面的应用情况，以及其在国外的影响。也讨论了这些吸声体的部分发展方向。     

高速气流作用下能量加载金属蜂窝板数值模拟

数值模拟研究了高速气流作用下能量加载金属蜂窝板温度场。针对金属蜂窝典型单元,构造了蜂窝核细观导热数值计算分析模型。采用流固耦合计算方法,使用两相流模型和凝固/熔化模型模拟气流对烧蚀物的剥蚀,较完整地模拟了能量加载金属蜂窝板的物理变化过程,计算得到了金属蜂窝板的温度分布以及烧蚀形貌。结果表明两相流方法能够较全面地模拟能量加载金属蜂窝板过程中的对流换热、熔化与凝固过程以及金属液体在气流冲刷下的动力学过程,能获得较为合理的物理图像。     

高速气流作用下能量加载金属蜂窝板数值模拟

数值模拟研究了高速气流作用下能量加载金属蜂窝板温度场。针对金属蜂窝典型单元,构造了蜂窝核细观导热数值计算分析模型。采用流固耦合计算方法,使用两相流模型和凝固/熔化模型模拟气流对烧蚀物的剥蚀,较完整地模拟了能量加载金属蜂窝板的物理变化过程,计算得到了金属蜂窝板的温度分布以及烧蚀形貌。结果表明两相流方法能够较全面地模拟能量加载金属蜂窝板过程中的对流换热、熔化与凝固过程以及金属液体在气流冲刷下的动力学过程,能获得较为合理的物理图像。     

微穿孔板吸声体的研究进展

简述了马大猷教授的微穿孔板基本理论、微穿孔板吸声体在扩散声场以及在高声强环境下的理论要点。比较详细地讨论了30年来与马大猷教授所提理论相对应的实验研究结果及应用发展情况。基于马大猷教授的基本理论,提出了一种新的相关衍生结构——管束微穿孔板。对微穿孔板吸声体的发展趋势做了展望。表明:微穿孔板吸声体将成为新世纪的绿色理想吸声材料。     

微穿孔板吸声结构在阶梯教室中的声反射和声吸收性能分析

依据马大猷教授的微穿孔板基本理论,在对微穿孔板吸声结构完成吸声理论计算结果的基础上,进行参数选择并设计了微穿孔吸声反射板结构,用于新建的阶梯教室中。分析了这种微穿孔吸声反射板结构在阶梯教室中的声反射和声吸收的性能。经现场测试与主观评价,表明了此方法对阶梯教室控制音质效果的有效性和可行性。     

微穿孔板声阻抗的直接准确测量

微穿孔板吸声结构的构造简单,适用范围广,吸收特性好并且可以比较准确地预计和设计。它的性能主要由微穿孔板的声阻和声质量决定。为了可靠地估计微穿孔板结构的性能,微穿孔板的准确特性是必要的。在本文中,作者提出直接测量微穿孔板声阻抗的简单方法（这方法也适用于一般穿孔板,或在一定范围内适用于一般吸声村料）,由于直接了当地分别测出声阻和声抗,不必经过任何转换,所得结果可达到比一般方法更为准确的程度。应用这个方法,对微穿孔板的阻抗特性进行了测量,得到线性和非线性的现象。在本文中,将报告一些初步成果。     

机械阻抗与声阻抗结合提高微穿孔板低频吸声性能

提出了在微穿孔板后部引入机械阻抗形成组合结构来解决微穿孔板低频吸声性能差的问题。由机械阻抗板两侧质点速度相同得出机械阻抗单元的传递矩阵,采用传递矩阵法将其与空腔、微穿孔板单元串接,建立组合结构理论计算模型;通过分析品质因子获得带宽与机械阻抗板质量成反比;试验得出组合结构在400 Hz附近有系数为0.8以上的吸声峰值,试验结果与理论计算吻合。在传统微穿孔板共振吸声机制的基础上加入机械共振,能够实现在不增加结构厚度的前提下提高低频吸声性能;降低机械阻抗板质量并且适当控制边界阻尼系数可以实现吸声频带的拓宽。     

微穿孔板吸声结构水下应用研究

马大猷教授提出的微穿孔板吸声结构在空气噪声降低和隔离方面得到了广泛的应用,但未见水下应用的相关研究和报道。本文将空气中微穿孔板理论应用到水中,得到了水下微穿孔板吸声结构的吸声公式。通过理论分析,得出了微穿孔板结构直接应用于水中无法获得宽频吸收的结论。提出了通过匹配液将微穿孔板间接应用到水下的设想。设计了单层板和双层板吸声结构,并对它们的吸声特性进行了理论分析与仿真。结果表明,本文设计的微穿孔板吸声结构在水中能够获得优于空气中的宽频带吸声效果。实验测量了自制的微穿孔板吸声结构,吸声系数的测量值与理论曲线基本吻合,从而验证了理论分析的正确性。     

水介质管路弹性背腔微穿孔消声器的传递损失特性

为抑制水介质管路系统低频噪声,兼顾结构的紧凑性,提出弹性背腔微穿孔管路消声结构,弹性管壁为橡胶帘线复合材料,并推导了传递损失的数值解法。首先,基于Biot-Allard多孔弹性理论,将弹性微穿孔板等效为弹性多孔材料;然后,利用双尺度法建立帘布的周期性代表单元,求得其刚度矩阵;接着,基于分层理论,建立弹性管壁的多层复合材料模型,并与内部声场耦合计算,得到弹性背腔微穿孔管路消声器的传递损失。在水介质驻波管中,利用双声源法测量弹性背腔微穿孔管路消声器样机的传递损失曲线,并与扩张式管路消声器和刚性背腔微穿孔管路消声器进行对比,理论结果与试验结果吻合良好。研究表明,弹性背腔微穿孔管路消声器属于反射耗散复合式消声器,具有低频域、宽频带的消声特性。样机B2在40~300 Hz和40~1200 Hz频段内的传递损失分别为36 dB和30 dB,而相同尺寸扩张式消声器在对应频段的传递损失分别为7 dB和11 dB。     

微穿孔板吸声结构仿真计算方法研究

本文提出将马氏微穿孔板理论与传递导纳法相结合,建立简化的微穿孔板吸声结构的有限元仿真计算方法。基于阻抗管法材料吸声系数测试原理建立了吸声系数仿真实验模型,对微穿孔板结构的吸声系数进行了仿真计算,并与理论计算结果做了对比,说明了该简化方法的合理可行。同时,对金属和非金属材料的微穿孔板计算时温度传导系数的影响做了比较说明。     

阻尼耦合双层微穿孔板吸声体研究

提出并研究一种利用两板间微缝进行阻尼耦合的双层微穿孔板(DMPP)吸声体。该吸声体在两层微穿孔板(MPP)之间形成一个宽度小于1mm的微缝,因此其阻尼不仅可由板上的微穿孔提供,还可由两板之间形成的微缝提供。采用声电类比法建立了DMPP转移阻抗的理论模型,并进行实验验证,结果表明理论计算结果与实验吻合较好。然后利用建立的理论模型,对单层MPP和DMPP吸声体的吸声性能进行了对比研究,结果表明,相比于单层MPP,DMPP可以利用微缝提供的阻尼显著改善吸声性能,同时减少实际板厚。最后,对DMPP吸声体的吸声性能及其几何参数的关系进行研究,结果表明,当保持其它结构参数不变时,微缝宽度对DMPP吸声系数的提高存在一个最优值,超过或低于此值会导致吸声系数下降。     

扩散场内微穿孔板吸声特性的实验研究

在驻波管和混响场内对微穿孔板吸声结构做了吸声测量。同时在混响室对微穿孔板加吸声材料混合结构做了吸声测量。目的是了解微穿孔板在随机入射场或混响场内的吸声特性与垂直入射的关系。文中给出计算及测量结果,并说明了影响微穿孔板吸声结构特性的因素,以及在实际应用中的注意点。对今后要进行的工作提出了建议。     

微穿孔板吸声体的准确理论和设计

提出以等效电路的为基础的微穿孔板吸声体的准确理论。吸声体的特性参数是板的相对声阻r,穿孔直径d和共振频率f₀,后二者合成穿孔板常数$k=d \\sqrt{f_{0} / 10}$,它与r决定微穿孔板吸声体的结构和频率特性。吸声频带半宽△f/f₀的最大值为(4/π)tan^-1(1+r),这是k值趋近于零时的极限,只要k小于1,相差也不大,这时空腔厚度接近四分之一波长。可见r值大时,带宽可达到极为可观的程度.k值大时,吸收带宽大为降低,同时空腔节厚度将成为比波长小得多的值。文中讨论微穿孔极吸声体的一般特性。