一种消声器的构建方法和超构消声器技术

本发明专利技术涉及一种消声器的构建方法和超构消声器，构建方法包括获取消声器的目标频带和目标透射损失，构建消声器阻抗壁面的透射损失的计算过程，通过优化消声器的结构参数，使得所述消声器在目标频带下达到所述目标透射损失；超构消声器包括依次连接的穿孔板、金属泡沫、刚性边界外壳和耦合共振器阵列，共振器阵列包括多个依次连接的耦合共振器单元，每个耦合共振器单元均包括平行耦合的多个颈部内嵌式亥姆霍兹共振器。与现有技术相比，本发明专利技术实现了对消声器的结构高效准确的优化设计，提出的超构消声器支持密集模式密度和高度可调的内在损耗，并为宽带可设计音色提供了新的途径。径。径。

【技术实现步骤摘要】
一种消声器的构建方法和超构消声器


[0001]本专利技术涉及消声器
，尤其是涉及一种消声器的构建方法和超构消声器。

技术介绍

[0002]音色是声音的一个基本方面，这自然是一个与宽频声密切相关的概念，通常被认为是由被动机械系统的固有特性所决定的。这是因为由于共振的色散特性阻碍了宽带波调制，音色操作一直具有挑战性。声学超材料的最新进展通过增强性能和压缩尺寸，极大地丰富了波处理方法，而由于增材制造技术的发展，构建基于高性能超材料的声学器件更加可行，导致了负折射、超分辨率成像和深亚波长吸收等多种多样的功能。尽管大多数声学超材料仍受强共振色散的限制，且设计用于处理单频或较窄频段的波操作，但宽带吸声超材料为理解共振控制提供了新的思路，并为宽带音色操控铺平了道路。
[0003]凭借特有的强力增强声场和亚波长结构规模，吸声超材料的初始设计对于窄带性能非常有效。为了实现宽带声吸收/衰减，一种有效的方法是将一系列不同频率的吸声元件组合在一起。尽管在宽带高效声吸收/衰减方面取得了令人瞩目的成就，但音色操纵在实现方面仍有很大的差距，因为音色操纵对宽带共振的频率选择性和精细调制提出了更高的要求。
[0004]在上述消声器的结构设计过程中，如何提供一种消声器的设计方案，实现高效准确的优化设计计算，是目前一大技术问题。另外如何提供一种强大且控制良好的全局耦合为可设计的音色提供了可行的途径的消声器，也是目前一大技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种实现对消声器高效准确的优化设计的消声器的构建方法和超构消声器。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]一种消声器的构建方法，包括以下步骤：
[0008]获取消声器的目标频带和目标透射损失，构建消声器阻抗壁面的透射损失的计算过程，通过优化消声器的结构参数，使得所述消声器在目标频带下达到所述目标透射损失。
[0009]进一步地，所述透射损失的计算过程包括：
[0010]利用阻抗边界建立计算侧壁安装所述消声器的波导管的内部的波数的超越方程；
[0011]根据所述超越方程，构建侧壁安装所述消声器的波导管的前端、内部和后端的声压的表达式；
[0012]根据侧壁安装消声器的波导管的内部遵循的阻抗边界条件，以及沿消声器长边方向各位置声压和法向质点振速连续性，构建声压各阶系数方程组；
[0013]在给定入射声压的情况下，对所述声压各阶系数方程组进行求解，从而得到透射损失的计算结果。
[0014]进一步地，由超越方程求得所述消声器内部y方向第m阶波矢k
ym
，再根据
求得消声器内部z方向第m阶波矢为k
zm
，其中k为空气波数，构建侧壁安装所述消声器的波导管的前端、内部和后端的声压的表达式。
[0015]进一步地，所述侧壁安装所述消声器的波导管的前端、内部和后端的声压的表达式分别为：
[0016][0017][0018][0019]式中，p
sample
为消声器内部声压，p
front
为消声器前端声压，p
back
为消声器后端声压，k＝ω/c0，ω是圆频率，c0是空气中声速，y为消声器的长边方向，z为消声器的高度方向，L
sample
为消声器长度，k
zm
为消声器内部z方向第m阶波矢，k
ym
为消声器内部y方向第m阶波矢，k
zn
为消声器前端和后端z方向第n阶波矢，k
yn
为消声器前端和后端y方向第n阶波矢，k
zn
＝nπ/W
tube
,n＝0,1,2,...，W
tube
为管道横截面宽度，n为阶数，A
m
为消声器内部沿y正方向传播的第m阶声压系数，B
m
为消声器内部沿y负方向传播的第m阶声压系数，C
n
为消声器前端沿y正方向传播的第n阶声压系数，D
n
为消声器前端沿y负方向传播的第n阶声压系数，E
n
为消声器后端沿y正方向传播的第n阶声压系数，F
n
为消声器后端沿y负方向传播的第n阶声压系数，j为虚数单位，即j2＝
‑
1。
[0020]进一步地，计算的截止阶数大于可传播阶数，所述截止阶数为m和n的求和。
[0021]进一步地，构建的所述声压各阶系数方程组的表达式为：
[0022]MR
C
＝C
in
[0023]式中，给定波导管和消声器的结构参数即可确定系数矩阵M，消声器安装在波导管上采集消声器性能参数；通过给定入射声压即可得到声压参数C
in
；求解所述方程组得到侧壁安装所述超构消声器的波导管前端、内部和后端的声压的幅值系数组成的向量R
C
。
[0024]进一步地，由各幅值系数得到声能流的计算结果，从而计算入射能流和透射能流，进而计算出透射损失，所述透射损失的计算表达式为：
[0025][0026]式中，t为透射系数，TL为透射损失。
[0027]本专利技术还提供一种采用如上所述的一种消声器的构建方法构建的超构消声器，包括依次连接的穿孔板、金属泡沫、刚性边界外壳和耦合共振器阵列，所述共振器阵列包括多个依次连接的耦合共振器单元，每个耦合共振器单元均包括平行耦合的多个颈部内嵌式亥姆霍兹共振器，所述穿孔板、金属泡沫、刚性边界外壳和耦合共振器阵列的结构参数采用如权利要求1
‑
7任一所述的一种消声器的构建方法获取。
[0028]进一步地，所述刚性边界外壳设有多个单元外壳，该单元外壳与所述共振器单元一一对应，所述金属泡沫的数量为多个，各个金属泡沫分别安装在对应的单元外壳内。
[0029]进一步地，所述金属泡沫为电镀烧结工艺制备的镍金属泡沫。
[0030]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0031](1)本专利技术提出根据超构消声器的目标频带和目标透射损失，通过调整超构消声器的结构参数，计算对应的投射损失，不断优化，满足目标需求，从而能实现不同的设计目标，所提出的投射损失计算过程基于阻抗边界条件和声压和法向质点振速连续性进行方程建立和求解，计算过程高效准确。
[0032](2)本专利技术提出了一种超构消声器，支持密集模式密度和高度可调的内在损耗，并为宽带可设计音色提供了新的途径。密集模式密度引起强全局耦合，并在理论模型的指导下进行精细调制，有效地抑制了共振色散，为音色调谐提供了合适的频率选择波操作能力。
[0033](3)本实施例提出了三种超构消声器的设计方案，第一个超构消声器在500
‑
3200Hz范围内实现了28.4dB的平均透射损失，并具有53.5mm的深亚波长厚度。第二个超构消声器进一步实现了500...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种消声器的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：获取消声器的目标频带和目标透射损失，构建消声器阻抗壁面的透射损失的计算过程，通过优化消声器的结构参数，使得所述消声器在目标频带下达到所述目标透射损失。2.根据权利要求1所述的一种消声器的构建方法，其特征在于，所述透射损失的计算过程包括：利用阻抗边界建立计算侧壁安装所述消声器的波导管的内部的波数的超越方程；根据所述超越方程，构建侧壁安装所述消声器的波导管的前端、内部和后端的声压的表达式；根据侧壁安装消声器的波导管的内部遵循的阻抗边界条件，以及沿消声器长边方向各位置声压和法向质点振速连续性，构建声压各阶系数方程组；在给定入射声压的情况下，对所述声压各阶系数方程组进行求解，从而得到透射损失的计算结果。3.根据权利要求2所述的一种消声器的构建方法，其特征在于，由超越方程求得所述消声器内部y方向第m阶波矢k
ym
，再根据求得消声器内部z方向第m阶波矢为k
zm
，其中k为空气波数，构建侧壁安装所述消声器的波导管的前端、内部和后端的声压的表达式。4.根据权利要求2所述的一种消声器的构建方法，其特征在于，所述侧壁安装所述消声器的波导管的前端、内部和后端的声压的表达式分别为：器的波导管的前端、内部和后端的声压的表达式分别为：器的波导管的前端、内部和后端的声压的表达式分别为：式中，p
sample
为消声器内部声压，p
front
为消声器前端声压，p
back
为消声器后端声压，k＝ω/c0，ω是圆频率，c0是空气中声速，y为消声器的长边方向，z为消声器的高度方向，L
sample
为消声器长度，k
zm
为消声器内部z方向第m阶波矢，k
ym
为消声器内部y方向第m阶波矢，k
zn
为消声器前端和后端z方向第n阶波矢，k
yn
为消声器前端和后端y方向第n阶波矢，k
zn
＝nπ/W
tube
,n＝0,1,2,...，W
tube
为管道横截面宽度，n为阶数，A
m
为消声器内...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇，王能银，周成程，黄思博，祝捷，邱昇，
申请(专利权)人：中国航发商用航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：