一种基于声学超材料的宽频小容积消声结构制造技术

本发明专利技术公开了一种基于声学超材料的宽频小容积消声结构，包括具有中空腔体的壳体、位于中空腔体内且贯穿壳体的相对两端部的穿管、套设在穿管外部的薄膜套筒、固定设在薄膜套筒上的具有弹性的薄膜材料和固定设在薄膜材料上的质量块，穿管内腔形成第一空腔，穿管外壁与薄膜套筒内壁之间形成第二空腔，穿管上设有多个连通第一空腔和第二空腔的通孔，第二空腔中填充有吸音棉，薄膜材料和质量块均设有多个，且薄膜材料和质量块一一对应设置，薄膜材料和质量块之间构成弹簧‑质量单元。该消声结构通过薄膜声学超材料来消除气流中的中低频噪声，通过阻性材料来消除气流中的高频噪声，极大降低消声器消声容积的同时，且具有理想的消声效果。

A broadband small volume anechoic structure based on acoustic metamaterials

The invention discloses a broadband low volume muffler structure based on acoustic metamaterials, including a hollow cavity in the hollow cavity of the shell, and through the shell relative to both ends of the through pipe, the outside of the tube is sleeved on the wear sleeve film, thin film is fixedly arranged on the sleeve of the flexible film material and fixed in thin film materials the mass wear tube is formed inside the first cavity, the second cavity is formed between the tube wall and the inner wall of the sleeve wear film, pipe is provided with a plurality of holes communicated with the first cavity and the second cavity, second cavity filled with sound-absorbing cotton, thin film materials and mass are provided with a plurality of thin film materials, and mass and the corresponding set of spring quality elements between the film material and mass. The muffler structure through the thin film acoustic metamaterials to eliminate low-frequency noise in the air, through the resistive material to eliminate the high frequency noise in the air, greatly reduce the muffler volume at the same time, and has the best silencing effect.

【技术实现步骤摘要】
一种基于声学超材料的宽频小容积消声结构
本专利技术具体涉及吸声声学
，具体涉及一种基于声学超材料的宽频小容积消声结构。
技术介绍
消声器是一种既可使气流顺利通过又能有效的降低噪声的设备，是控制空气动力噪声的有效工具。通常按照消声原理可把消声器分为被动消声器（无源消声器）、主动消声器（有源消声器）和半主动消声器（双模消声器）。在被动消声器里，声能会被结构反射或吸声材料吸收；主动消声器有一个电子控制系统用来产生与声源声波幅值相等而相位相反的次声波，通过声波干涉来达到消声效果；半主动消声器内嵌被动控制装置，当气流发生改变时，消声器的消声效果会通过气流来调节，如双模消声器。在进排气系统中，由于主动消声器和半主动消声器成本很高，实际工程应用中绝大多数都是被动消声器。被动消声器分为阻性消声器和抗性消声器，抗性消声器主要以声抗性原理用于消除中低频噪声，如赫姆霍兹消声器和扩张式消声器。阻性消声器利用在管道壁上或者其通道中铺设吸声材料来消除中高频噪声。发动机进排气噪声通常由中低频的阶次噪声和高频的燃爆噪声组成，所以用于其开发的消声器多为宽频带消声器，现有技术中一般使用赫姆霍兹谐振腔用于消除低频噪声，使用穿孔构件和扩张腔消除中频噪声，使用阻性材料消除中高频噪声，这种消声器其消声器容积通常为发动机排量的15-18倍，尤其是低频噪声，必须要有足够的消声容积才能对其进行消除，这也是现有技术中在有限消声容积下对低频噪声进行优化的难点。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的问题，提供一种容积较小的基于声学超材料的宽频小容积消声结构。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于声学超材料的宽频小容积消声结构，包括具有中空腔体的壳体，所述消声结构还包括位于所述壳体的中空腔体内且贯穿所述壳体沿长度方向上的相对两端部的穿管、位于所述壳体的中空腔体内且套设在所述穿管的外部的薄膜套筒、固定设置在所述薄膜套筒上的具有弹性的薄膜材料和固定设置在所述薄膜材料上的质量块，所述穿管的内腔形成第一空腔，所述穿管的外壁与所述薄膜套筒的内壁之间形成第二空腔，所述穿管上设有多个用于连通所述第一空腔和所述第二空腔的通孔，所述第二空腔中填充有由阻性材料制成的吸音棉，所述薄膜材料和所述质量块均设有多个，且所述薄膜材料和所述质量块一一对应设置，所述薄膜材料和所述质量块之间构成弹簧-质量单元。优选地，所述吸音棉在所述第二腔体中的填充密度为80g/L。优选地，所述薄膜材料至少具有一种规格，每种规格的所述薄膜材料具有多个，每种规格的所述薄膜材料与所述质量块之间构成具有一定频率的弹簧-质量单元。进一步地，所述薄膜材料具有四种规格，每种规格的所述薄膜材料设有六个，四种规格的所述薄膜材料与所述质量块之间分别构成具有63Hz、125Hz、250Hz和500Hz频率的弹簧-质量单元。进一步地，不同规格的所述薄膜材料沿所述薄膜套筒的长度延伸方向间隔分布，同种规格的所述薄膜材料沿所述薄膜套筒的圆周方向间隔分布。优选地，所述薄膜材料上设有多个与所述薄膜材料相匹配的安装孔，每个所述薄膜材料固定设置在一个所述安装孔中。优选地，所述质量块设置在所述薄膜材料的中心位置处。优选地，所述薄膜材料由天然橡胶NR或硅橡胶SR制成。优选地，所述薄膜套筒由硬质薄板FRPP制成。优选地，所述通孔沿所述穿管的周向和轴向间隔均布分布。由于上述技术方案的运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：本专利技术的基于声学超材料的宽频小容积消声结构结构简单，通过薄膜声学超材料来消除气流中的中低频噪声，通过阻性材料来消除气流中的高频噪声，极大降低消声器消声容积的同时，且具有理想的消声效果。附图说明附图1为本专利技术的基于声学超材料的宽频小容积消声结构的部分剖视图；附图2为本专利技术的基于声学超材料的宽频小容积消声结构的左视图。其中：1、壳体；2、穿管；21、通孔；3、薄膜套筒；4、薄膜材料；5、质量块；6、固定套；7、吸音棉。具体实施方式下面结合附图和具体实施例来对本专利技术的技术方案作进一步的阐述。参见图1和图2所示的基于声学超材料的宽频小容积消声结构，该消声结构包括壳体1、穿管2、薄膜套筒3、薄膜材料4和质量块5。壳体1具有中空腔体，穿管2位于壳体1的中空腔体内，且穿管2的两端部分别穿过壳体1的长度方向上的相对两端部并伸出到壳体1的外部。本实施例中，穿管2与壳体1通过焊接连接。薄膜套筒3也固定设置在壳体1的中空腔体内，且套设在穿管3的外部。本实施例中，薄膜套筒3在壳体1内固定设置的方式为：在壳体1内固定设有固定套6，薄膜套筒3固定连接在固定套6上，从而通过固定套6将薄膜套筒3固定在壳体1内。穿管2的内腔形成第一空腔，穿管2的外壁和薄膜套筒3的内壁之间形成第二空腔，穿管2上设有多个连通第一空腔和第二空腔的通孔21。优选地，多个通孔21沿穿管2的周向和轴向间隔均布分布。在第二空腔中填充有吸音棉7，该吸音棉7由阻性材料制成，可消除进入该消声结构的气流中的中高频噪音，吸音棉7在第二空腔中的填充密度为80g/L，这样的设置既保证了高频噪声的消声效果，从而使吸音棉7中具有一定的间隙，不会阻碍进入第二空腔中的气流的中低频噪声与薄膜材料4的接触。薄膜材料4由具有弹性的材料制成，其固定设置在薄膜套筒3上，质量块5固定设置在薄膜材料4上，且设置在薄膜材料4的中心位置最佳，薄膜材料4和质量块5均设有多个，且二者一一对应设置，薄膜材料4和质量块5之间构成弹簧-质量单元。本实施例中，薄膜材料4在薄膜套筒3上的固定设置方式为：在薄膜套筒3上设有与薄膜材料4相匹配的安装孔，薄膜材料4通过粘接或卡箍固定在安装孔内。本实施例中，质量块5通过粘接固定在薄膜材料4上。薄膜材料4至少具有一种规格，每种规格的薄膜材料4均设有多个，每种规格的薄膜材料4和质量块5之间构成具有一定频率的弹簧-质量单元。多种薄膜材料4可以按照如下方式设置在薄膜套筒3上：同种规格的薄膜材料4沿薄膜套筒3的圆周方向间隔均布分布，不同规格的薄膜材料4沿薄膜套筒3的长度延伸方向间隔均布分布。当然，该多种薄膜材料4也可以按照其他方式设置，只要设置方式与薄膜材料4的规格相匹配，从而使薄膜材料4和质量块5之间构成的弹簧-质量单元达到设定的频率即可。本实施中，薄膜材料4具有四种规格，每种规格的薄膜材料4设有六个，四种规格的薄膜材料4与质量块5之间分别构成具有63Hz、125Hz、250Hz和500Hz频率的弹簧-质量单元。本实施例中，薄膜材料4由天然橡胶NR或硅橡胶SR制成，薄膜套筒3由硬质薄板FRPP制成。本专利技术的消声结构的工作原理为：气流从穿管2的一端部进入该消声结构后，穿过通孔21与吸音棉2接触，通过吸音棉2可消除气流中的高频噪声。同时，气流中的中低频噪声通过吸音棉2中的空隙与薄膜材料4接触后，引起薄膜材料4与质量块5构成的弹簧-质量单元共振，从而消除了气流中的中低频噪声，经过消声后的气流从穿管2的另一端部流出该消声结构。传统消声器通常采用赫姆霍兹消声器消除低频噪声，该方案需要足够的消声容积才能对低频噪声进行消除，而本专利技术的消声结构利用薄膜声学超材料的带隙原理对低频噪声进行消除，具体为：当薄膜的共振方向和集中质量的振动方向相反时，声学超材料在该频率存在带隙，具有吸声效果；同时该消声本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于声学超材料的宽频小容积消声结构，包括具有中空腔体的壳体，其特征在于：所述消声结构还包括位于所述壳体的中空腔体内且贯穿所述壳体沿长度方向上的相对两端部的穿管、位于所述壳体的中空腔体内且套设在所述穿管的外部的薄膜套筒、固定设置在所述薄膜套筒上的具有弹性的薄膜材料和固定设置在所述薄膜材料上的质量块，所述穿管的内腔形成第一空腔，所述穿管的外壁与所述薄膜套筒的内壁之间形成第二空腔，所述穿管上设有多个用于连通所述第一空腔和所述第二空腔的通孔，所述第二空腔中填充有由阻性材料制成的吸音棉，所述薄膜材料和所述质量块均设有多个，且所述薄膜材料和所述质量块一一对应设置，所述薄膜材料和所述质量块之间构成弹簧‑质量单元。

【技术特征摘要】
1.一种基于声学超材料的宽频小容积消声结构，包括具有中空腔体的壳体，其特征在于：所述消声结构还包括位于所述壳体的中空腔体内且贯穿所述壳体沿长度方向上的相对两端部的穿管、位于所述壳体的中空腔体内且套设在所述穿管的外部的薄膜套筒、固定设置在所述薄膜套筒上的具有弹性的薄膜材料和固定设置在所述薄膜材料上的质量块，所述穿管的内腔形成第一空腔，所述穿管的外壁与所述薄膜套筒的内壁之间形成第二空腔，所述穿管上设有多个用于连通所述第一空腔和所述第二空腔的通孔，所述第二空腔中填充有由阻性材料制成的吸音棉，所述薄膜材料和所述质量块均设有多个，且所述薄膜材料和所述质量块一一对应设置，所述薄膜材料和所述质量块之间构成弹簧-质量单元。2.根据权利要求1所述的基于声学超材料的宽频小容积消声结构，其特征在于：所述吸音棉在所述第二腔体中的填充密度为80g/L。3.根据权利要求1所述的基于声学超材料的宽频小容积消声结构，其特征在于：所述薄膜材料至少具有一种规格，每种规格的所述薄膜材料具有多个，每种规格的所述薄膜材料与所述质量块之间构成具有一定频率的弹簧-质量单元。4.根据权利要求3所述的基于声学超材料的宽频小容积消声结构，...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳仲达，郑四发，韩强，齐松明，
申请(专利权)人：清华大学苏州汽车研究院相城，华环苏州汽车科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32