异形腔体压电声衬声学性能研究

发布时间：2020-03-28 22:36

【摘要】：声衬是抑制航空航天飞行器涡扇发动机噪声的最有效方式之一。传统声衬由于受其自身结构的几何参数、材料属性所限,只能对特定频带的噪声有明显的抑制效果。一旦噪声频率超出该范围,则抑制效果会明显下降。本文在传统声衬的基础之上,对声衬腔体进行深入的分析,并利用压电振子的逆压电效应,将压电振子充当成声衬背腔,并提出了不同类型腔体结构的新型声衬结构。首先,本文基于平面波理论和传递矩阵理论,提出了八种不同轮廓曲线类型的声衬腔体,建立了声衬声学物理模型,推导出了八种异形腔体声衬的传递损失解析表达式,并依次进行仿真理论对比验证。对比结果表明,所推导出的八种传递损失解析表达式与仿真结果最大仅相差10Hz,仿真曲线与理论计算曲线几乎重合,验证了基于平面波理论推导的传递损失计算公式的正确性。其次,对相同尺寸下的八种异形腔体压电声衬结构依次进行声学有限元仿真,并将其仿真结果与圆柱形腔体压电声衬进行汇总对比,其中频率最大偏移量为121Hz,而相同尺寸下的圆柱形腔体声衬频率偏移量为60Hz。结果显示,上述八种异形腔体压电声衬结构与圆柱形腔体声衬结构在频率偏移量上均有不同程度的提高。之后,进行了声学实验平台的搭建,采用3D打印技术加工了其中一种腔体类型的声衬并进行了性能测试。将实验所采集到的实验数据进行后处理汇总,结果表明,该型声衬在0-200V驱动电压作用下可有效的对以335Hz到415Hz的噪声起到抑制作用。最后,对上述八种异形腔体声衬单元进行结构改进,仿照第二章的分析流程,对新的结构依次进行有限元仿真。将上述仿真结果与未改进的异形腔体声衬的传递损失曲线进行对比。分析发现,改进后的声衬与未改进的声衬相比起始频率增大,频率偏移量有所增幅。深入研究后发现,双曲线型声衬频率偏移百分率最大为15.4%,正弦曲线形声衬最小为12.4%,而圆柱形腔体声衬仅有9.4%。而双曲线型腔体体积在八种异形腔体声衬中最大,正弦曲线腔体最小,圆柱形最小。研究表明,异形腔体声衬在相同尺寸下比圆柱型声衬能实现更大宽频带的噪声抑制。
【图文】：

中北大学学位论文如图 1.1 所示。然而亥姆霍兹共振器对噪声产生明显作用的频率是由其几何参数所决定的，一旦它的几何尺寸确定下来，则该尺寸下的亥姆霍兹共振器只能对单一噪声频率有明显的消声效果，因此它的消声频率范围窄，导致工作效率低[12,13,14,15,16]，所以传统结构的亥姆霍兹共振器只对特定频带的噪声有明显的消声效果，噪声抑制频率单一，因而缺乏灵活性。针对传统结构的声衬有上述各种缺点，研制并挖掘用新理论、新结构的新型声衬以及可灵活调节工作频率的声衬成为当前科学领域的研究焦点。

a)为多层夹缝结构示意图；b)为电机驱动下的亥姆霍兹共振器示意图
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V235.13

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 黄继战;杨耐;;模具矩形腔铣削宏程序的开发及应用[J];机械研究与应用;2013年05期

2 王庭俊;;基于插铣法和宏程序的矩形腔铣削[J];煤矿机械;2006年12期

3 王华生,吴业正,俞炳丰,朱瑞琪,厉彦忠;方形腔内二维凝固问题近似求解的新方法[J];西安交通大学学报;2001年05期

4 李雄,徐智谋,易新建,何少伟;MEMS封装V形腔阵列的研究与制备[J];微纳电子技术;2004年01期

5 伍亚丹，，傅德薰，黄兰洁;驱动长方形腔内流动非稳定性的数值模拟[J];力学学报;1994年04期

6 陈鹏;吕海峰;安君;郜飞翔;;锥形腔体压电声衬声学性能研究[J];压电与声光;2018年01期

7 何士华;张立翔;徐天茂;武亮;;不同深宽比矩形腔双壁反向驱动蠕流涡结构研究[J];昆明理工大学学报(自然科学版);2012年03期

8 陈文振,郝云轩,李光华,桂学文;矩形腔内接触熔化的实验研究[J];海军工程大学学报;2002年05期

9 李学全;;黑体钳形腔[J];应用光学;1993年02期

10 庄表中;;无源形腔的声放大优化与声源周边形腔必须禁忌黄金分割尺寸[J];振动与冲击;2008年06期

相关会议论文 前10条

1 徐乐;史小卫;田瑾;;SBR方法应用于矩形腔体散射的快速计算研究[A];2009年全国微波毫米波会议论文集（下册）[C];2009年

2 李锐;杨一明;钱宝良;;微波脉冲与孔阵矩形腔体耦合的数值模拟研究[A];第三届全国粒子加速器技术学术交流会论文集[C];2007年

3 余莲英;冯晓斌;秦太验;;压电双材料裂纹问题的奇异积分方程方法[A];第十八届全国疲劳与断裂学术会议论文摘要集[C];2016年

4 陈永超;高敏;俞卫博;;压电发电技术发展及其在引信中的应用探索[A];第八届中国功能材料及其应用学术会议摘要[C];2013年

5 胡洪平;王海仁;薛欢;蒋树农;胡元太;;压电俘能器整流界面两端非线性耦合作用实验研究[A];Proceedings of the 2010 Symposium on Piezoelectricity,Acoustic Waves and Device Applications[C];2010年

6 韩邦成;程光明;吴博达;曾平;杨志刚;吴献威;;压电多自由度马达研究[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展（上册）[C];2001年

7 富东慧;侯振德;秦庆华;;骨压电电压的松弛规律[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年

8 方岱宁;;压电与铁电材料的本构关系研究进展[A];材料科学与工程技术——中国科协第三届青年学术年会论文集[C];1998年

9 富东慧;侯振德;秦庆华;卢晨霞;;骨压电电压信号测试中的技术问题[A];第十二届全国实验力学学术会议论文摘要集[C];2009年

10 陈丽华;马叶朋;张伟;;双稳态压电俘能器板的非线性动力学研究[A];第十四届全国非线性振动暨第十一届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集与会议议程[C];2013年

相关重要报纸文章 前1条

1 记者王华楠;我国研发成功压电精密驱动技术[N];中国技术市场报;2010年

相关博士学位论文 前10条

1 张光杰;柔性复合压电纳米发电机的性能优化与应用研究[D];北京科技大学;2017年

2 富东慧;骨压电电压信号特征的实验研究[D];天津大学;2008年

3 范尊强;新型压电送料器的研究[D];吉林大学;2008年

4 闫世伟;胎压报警器用压电供电系统设计与实验研究[D];吉林大学;2010年

5 闫震;提高压电振动发电机发电能力的理论及关键技术研究[D];华北电力大学;2012年

6 薛欢;压电俘能/储能系统的非线性动力学行为分析与优化[D];华中科技大学;2008年

7 陈奕声;路面车致变形的压电俘能机理研究[D];浙江大学;2016年

8 周茂瑛;一种基于压电振动的微型旋转马达研究[D];浙江大学;2016年

9 王海仁;压电复合结构的非线性多场耦合作用分析及压电俘能器实验研究[D];华中科技大学;2013年

10 蒋树农;压电俘能器和变压器的结构优化设计[D];中南大学;2010年

相关硕士学位论文 前10条

1 陈鹏;异形腔体压电声衬声学性能研究[D];中北大学;2018年

2 刘勇;电流变液压电叠堆泵驱动理论及实验研究[D];吉林大学;2008年

3 商程宇;一种新型分体式压电俘能器研究[D];北京交通大学;2016年

4 张学敏;双质量悬臂梁式可调频压电俘能器[D];北京交通大学;2016年

5 杨淑;柔性基底d_(33)模式压电俘能器研究[D];大连理工大学;2015年

6 李天鹏;压电发电系统负载特性研究[D];武汉理工大学;2014年

7 王林;基于PVDF的压电触摸屏的研究[D];清华大学;2012年

8 曹永强;压电谐振足控制系统的研究[D];哈尔滨工业大学;2008年

9 徐自华;压电叠堆泵的理论和试验研究[D];吉林大学;2007年

10 苏江;惯性式压电振动送料器的设计与试验研究[D];吉林大学;2007年

本文编号：2605004