一种微穿孔板消声器.pdf

一种微穿孔板消声器商旭升陈玉春王伟(西北工业大学动力与能源学院西安7 1 0 0 7 2)徐东毅(民航西南地区管理局试航维修处)2 0 0 3 年9 月1 9 日收到摘要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6 0 飞机A P U(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A P U 的排气噪声具有良好的消声效果，平均降噪7 1 6 d B。关键词微穿孔板消声器，吸声系数，噪声Am i c r o p e r f o r a t e dm u f f l e rS H A N GX u-S h e n gC H E NY u-C h u nW A N GW e i(S c h o o lo fP r o p u l s i o na n dE n e r g y,N o r t h w e s t e r nP o l y t e c h n i c MU n i v e r s i t y,X i a n7 1 0 0 7 2)X UD o n g Y i(S o u t h w e s tR e g i o n a lA d m i n i s t r a t i o nA i r w o r t h i n e s s&M a i n t e n a n c eD i 倒o n)A b s t r a c tB a s e do nt h eg e n e r a lt h e o r yo ft h em i c r o p e r f o r a t e da b s o r b e r 1|，t h i sp a p e rm a d es o m ea n a l y s i sa b o u tt h em u t u a li n f l u e n c eb e t w e e nt h es t r u c t u r ep a r a m e t e r sa n dt h ec h a r a c t e r i s t i cp a r a m e t e r so fam i c r o p e r f o r a t e dm u f f l e r D e s i g n e df o rt h eA P U(a u x i l i a r yp o w e ru n i t)o faM A 6 0p l a n eam i c r o p e r f o r a t e dm u f f l e rw i t hw h i c hh a st h ea v e r a g ev a l u eo fn o i s er e d u c t i o ni s7 1 6 d B K e yw o r d sM i c r o p e r f o r a t e dm u 毋e r，C o e f f i c i e n to fs o u n da b s o r p t i o n，N o i s e1引言微穿孔板消声器是我国近年来研制的一种新型消声器，这种消声器采用金属结构代替多孔纤维性吸声材料，具有清洁、无污染、表面光洁、对气流阻力小，气流再生噪声低，并适于在高温、高速气流及有水气、粉尘等特殊环境应用声学下应用，在较宽的频带范围内具有良好的消声效果。鉴于机械加工能力和手段的不断提高，马大猷教授对这一理论又有新的开拓和发展，提出了“微穿孔板吸声体精确理论”，【l f 2 j 使得该结构吸收频带大为拓宽。本文根据马大猷教授这一理论，针对新舟6 0 飞机A P U 工作噪声较大的实际情况，设计开发了一套微穿孔板消声 万方数据器，编写了噪音采集程序，并在现场实地测试了降噪效果，得到满意的效果。2微穿孑L 板消声器理论分析2 1 微穿孔板结构分析微穿孔板吸声结构的吸声机理【3 j 是：声波入射时，空气在小孔中摩擦产生声阻，消耗声能，从而达到消声的目的。微穿孔板吸声结构如图1 所示。这种吸声结构声学特性的主要参数有：微孔直径d，孔板后腔深日，孔板厚度t 和穿孔率p(由微孔直径d，孔间距b 决定)。如果用它构成圆管消声器，那么气流通道圆管直径对这种吸声结构的声学特性也有一定影响。lt 曲一l _。微尹扳=亚翻=五互隧二毅盈 互理盐ft|Hf(|)、涩豳函工匿江匿砭五丑j、硬壁图1 微穿孔析吸声结构2 2 微穿孔板吸声性能分析衡量吸声性能的指标主要有：声阻抗和吸声系数。它们可以分别用下面的计算公式表达【4】：(1)声阻抗Z。Z=r4-j w m-c o t(警)(1)其中r 为声阻率，r=署 V-+妥+字 m 为微穿孔板声抗率，u m=嚣 t+、9+萼+。8 5 i d c 3，式中，u 为入射的角频率，C 为介质声速，叩为空气粘滞系数，p 为空气密度，)(=罢 瓦而。其他几何结构参数如图l 所示。(2)正入射吸声系数a。4 ra2(1+r)2+wm-cot(wHc)2【4)吸声系数O Z N 是结构参数和频率的函数当系统共振时声抗为零，吸声系数达最大值，对应的频率为共振频率为，r，偏离，r，吸声系数迅速下降。(3)消声量A L T L。消声器的横截面一般采用窄矩形截面也可采用圆形，对于M A 6 0 飞机A P U(辅助动力装置)的排气噪声，由于条件限制只能采用圆管形消声器。对于图2 所示的圆截面微穿孔板消声器，可以导出消声量的计算公式为蛳例“f2、2 k(w、m)鬲坪+k s-赫 22、77+蘸)1 2)V 2。(跏“(川。)zJJ(5，式中k 为波数，D 为圆管消声器的内直径，其它符号如前所述。从上述计算式可以看出，直径d 主要影响声阻率，对共振频率影响很小，在一定的参数范围内，d 越小，半吸声带宽越大，但最大吸声系数有所降低；板后共振腔深度日对共振频率影响最大，日越大，共振频率越低；增大穿孔率可使共振频率增大，使最大吸声系数也略有增加；微穿孔板的厚度t 在l m m 左右时，对吸声特性影响不大【5 1。基于上述认识建立了吸声结构参数A P U 排气消声器。3微穿孔板消声器应用研究3 1消声器结构设计及主要参数的选择根据A P U 排气消声器设计的约束条件，在不改变原有硬壁排气管道的流道形状的条件下，可以考虑安排消声结构的部位有：进l=l 引2 3 卷4 期(2 0 0 4)万方数据射锥段、转折4 2。的弯管段和出t=l 直管段，其中只有进口锥段允许安置较大的腔深尺寸。微穿孔板消声器结构形式如图2 所示，虚线部分表示单层微穿孔板吸声结构。图2 原排气管和微穿孔板消声器示意图为了覆盖较宽的频率范围，三段选取三组不同的参数组合：圆锥段：d=l m m，t=O 8 m m，H=6 0 m m P=1 弯管段：d=l m m，t=o 8 m m，H=1 5 m m P=5 直管段：d=l m m，t=0 8 m m，H=1 0 r a m P=5 根据上述计算方法对这三段吸声结构的吸声系数随频率变化情形进行了计算，结果如图3所示。计算所得的正入射吸声系数约为0 8 9 3 5，0 9 9 1，0 9 9 8 5。1 巅0垛。墨oOO频率n z图3 三种吸声结构的3 2实验分析实验是在西安飞机集团公司机场上进行应用声学的，排气管为钛合金硬壁弯管。使用的测量系统 4】包括；传声器一延伸电缆-声级计一计算机。布置测量点的原则是：既能获取源噪声的频谱特性和指向性，又要尽可能避免排气流冲击。最终选定的测点布置如图4 所示，排气管弯曲部分轴线平行于底边，在排气口外侧1 8 0。范围内每隔3 0。布置一测点，所有测点在同一水平面内，传声器离地高度都是排气I：1 最高点再加1 0 0 m m，传声器轴线顺气流方向，感受面指向下游。06 0。一一一、：川念勿图4 测点布置图实验的A P U 工作状态有满载状态和空载装态。每个A P U 工作状态下测量0。一1 8 0。范围内7 个测点的声级和频谱信号，每点重复记录3 次。4测量结果分析及结论测量时，分别对排气管消声器安装前、后情况进行测量，第二次测量时除了将原有的硬壁排气管(硬管)换成带消声器的排气管(软管)外，实验场地、测量系统、测点布置及A P U 工作状态均与第一次测量时一样。测量结果如图5 所示。图5(a)为1 2 0 0 位置上，A P U 空载工作状态下，原排气管和带消声器排气管的排气噪声频谱的对比；图5(b)是A P U 满负载工作条件下，两种排气噪声频谱的对比。结合图6 可见，在很宽的频率范围内，尤其是1 0 0 0 H z 一4 0 0 0 H z之间，消声器的降噪效果良好。图6 为A P U 轻载荷和满载荷状态下，于排气口最高点上方l O O m m 处所测得的硬壁和2 7 万方数据磊暴恨爨嚣矗爨韫毯尽频率H z2 0 0 04 0 0 06 0 0 08 0 0 0频率 垃图5 频谱对比(a)1 2 0 0 空载(b)1 2 0。满载频谱对比带消声器排气噪声的指向性比较。由图6 可见，带与不带消声器的排气噪声的指向性相似，但所有方向的A 加权声级都有明显的下降。实验测量结果证明，所设计的M A 6 0 A P u排气消声器达到了加权平均声级降低5，-,6 d B A的预期指标，排气口外o。,V 1 8 0 0 指向范围内的A 加权平均声级降低了7 1 6 d B A(空载)和4 3 2 d B A(满载)繇报辎墨指向角d o g指向角d e g图6A P U 空载排气噪声指向性对比(a)空载(b)满载参考文献l马大猷编噪声控制学，北京：科学出版社，1 9 8 7 2 8 8 3 2 7 2马大猷声学学报(中文版)，1 9 9 7，5：3 8 5 一3 9 3 3唐狄毅，李文兰，乔渭阳飞机噪声基础，西安：西北工业大学出版社，1 9 9 5 3 1 0 5 4方丹群，王文奇，孙家麟噪声控制，北京：北京出版社，】9 8 6 2 4 3 7 6 3 5H u g h e sIJ，D o w l i n gAP J o u r n a lo fF l u i dM e c h a n i c s，1 9 9 0，2 1 8：2 9 9,-一3 3 5 第四届“中文核心期刊”评定，应用声学再次入选由北京大学图书馆和北京高校图书馆期刊工作研究会共同组织近两千名专家参加评选的第四届“中文核心期刊”于今年4 月通过评审鉴定。从我国正在出版的近1 万2 千种中文期刊中评选出1 8 0 0 种核心期刊，应用声学再次名列其中。此外，应用声学今年至2 0 0 6 年还继续被收录为国家科技部“中国科技论文统计源期刊”(中国科技核心期刊)。，2 8(本刊讯)2 3 卷4 期(2 0 0 4)万方数据一种微穿孔板消声器一种微穿孔板消声器作者：商旭升，陈玉春，王伟，徐东毅作者单位：商旭升,陈玉春,王伟(西北工业大学动力与能源学院,西安,710072)，徐东毅(民航西南地区管理局试航维修处)刊名：应用声学英文刊名：APPLIED ACOUSTICS年，卷(期)：2004,23(4)被引用次数：3次 参考文献(5条)参考文献(5条)1.马大猷 噪声控制学 19872.马大猷 查看详情 1997(05)3.唐狄毅.李文兰.乔渭阳 飞机噪声基础 19954.方丹群.王文奇.孙家麟 噪声控制 19865.Hughes I J.Dowling A P 查看详情 1990 本文读者也读过(10条)本文读者也读过(10条)1.佟小朋.刘克.白国锋.TONG Xiao-peng.LIU Ke.BAI Guo-feng 微穿孔板水下吸声性能的测试研究期刊论文-声学技术2004,23(z2)2.陆凤华.李竹园 铝合金微穿孔吸声体的研究与应用会议论文-20003.郑龙席.李娜.严传俊.ZHENG Long-xi.LI Na.YAN Chuan-jun 脉冲爆震发动机微穿孔消声喷管研究期刊论文-噪声与振动控制2009,29(1)4.张晓杰.赵晓丹.ZHANG Xiao-jie.ZHAO Xiao-dan 多层微穿孔板的优化设计期刊论文-电声技术2008,32(2)5.江宜城.唐家祥.李媛萍 微穿孔板吸声体的准确理论和计算机辅助设计期刊论文-噪声与振动控制2000(1)6.陆凤华.籍仙蓉.王佐民.LU Fenghua.JI Xianrong.WANG Zuomin 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期刊论文-声学学报2006,31(3)7.白国锋.刘克.佟小朋.BAI Guo-feng.Liu Ke.TONG Xiao-peng 微穿孔板水下吸声特性仿真研究期刊论文-声学技术2004,23(z2)8.焦风雷.刘克.丁辉 关于微穿孔板吸声体频带宽度极限的讨论期刊论文-应用声学2001,20(6)9.薛茂.王晓宁.赵晓丹 微穿孔板吸声结构计算及其应用期刊论文-江苏大学学报（自然科学版）2002,23(5)10.祝瑞银 微穿孔板吸声结构的吸声性能及其优化学位论文2007 引证文献(3条)引证文献(3条)1.张代治.杨延俊.孙冰寒 发动机排气消声的技术进展期刊论文-长春大学学报（自然科学版）2007(4)2.周勃.费朝阳.张宇.陈长征 宽频带复合吸声结构在汽轮发电机组噪声控制中的应用期刊论文-噪声与振动控制2006(4)3.周勃.陈长征.费朝阳 基于振声分析的氨制冷机组的故障诊断与噪声治理期刊论文-环境工程 2007(1)本文链接：http:/