[发明专利]一种变参数温度场下多孔金属材料吸声性能测试装置

说明书

技术领域：

本发明属于机械工程领域，涉及一种材料吸声性能的测试装置，尤其是一种在变参数温度场下的多孔金属材料吸声性能的测试装置。

背景技术：

超轻多孔金属是近年来随着材料制备和成形加工技术的发展而出现的一类新的多功能材料，多孔金属具有超轻(孔隙率＞90％)、高比强、高比刚度、高强韧、高能量吸收等优良机械性能，以及减震、散热、吸声、电磁屏蔽、渗透性优等特殊性质。因此在高耗能装备中获得广泛的应用。比如将多孔金属材料应用于新型航空发动机的声衬上，其所处的工作环境就是高声压，强气流，高温且有急剧温度梯度的状态，但是目前对于多孔金属材料在此类多物理场耦合恶劣环境下的吸声性能参数缺少有效的测试平台。

工程领域中常用吸声系数，表面声阻抗和反射系数等参数来衡量多孔材料的吸声性能。目前对多孔材料的吸声性能的测试主要是在常温常压下进行，其主要原因有两点：一是由于传统的吸声材料不能在高温高压环境下使用，所以无须测试高温吸声特性；二是缺少相应的高温测试的仪器设备，特别是对于高温环境中试件内呈现温度梯度条件下的吸声性能的测试目前尚未见到相应的技术方法及装置。

在常温状态下，材料吸声系数的测量方法主要有：混响室法和阻抗管2法。混响室法的测量结果为随机入射吸声系数，阻抗管2法则是测量材料的正入射吸声系数。混响室法测量吸声系数是通过测量安装了吸声材料的混响室内的混响时间，利用Sabine公式得到吸声系数。混响室法可以测量声波无规入射时的吸声系数和单个物体吸声量。该方法所需要的试件面积大，测试成本高，不适合作为常规的实验测试方法。

阻抗管2法又分为驻波比法和传递函数法。驻波比法：在阻抗管2中，当一个入射声波正入射到吸声材料样品表面时，会产生一个方向相反的反射波。入射波和反射波相互叠加形成驻波场，测量驻波的声压极大值和极小值，可得驻波比，由驻波比可得反射系数幅值，最后计算正入射吸声系数和表面声阻抗。传递函数法：传递函数法是通过测量两测点复声压的相对比值获得材料的吸声系数。测试中采用单传声器、双传声器或三传声器对材料的吸声性能进行测试。与驻波比法相比，优点在于它的测点固定，不需要借助滑动装置来寻找声压极值的位置。可以通过FFT等分析技术可以快速地求出试件在宽频率范围内的复反射系数，从而求出法向吸声系数及声阻抗率。

传递函数法测量材料的吸声性能是在频谱分析理及FFT算法成熟以后慢慢发展起来的。1977年，A.F.Seybert与D.F.Ross首次提出了双传声器白噪声激励技术。1980年，J.Y.Chung与D.A.Blase发展了双传声器理论，共同提出了利用阻抗管2双传声器传递函数测量材料吸声系数的方法。传递函数法使吸声系数从单频测量跨越为宽频测量，并且利用了现代频谱分析方法，提高了吸声系数测量的速度和精度。

随着金属多孔材料的推广，吸声材料在变参数温度场领域的应用将越来越频繁，因此测试材料在变参数温度场下的吸声参数显得十分重要。由于上述的测量方法本身并未涉及环境温度对实验材料吸声性能参数的影响问题，因此，从理论上讲仍可适用于高温环境下的测量。本发明主要涉及高温声学测试中实验装置的技术问题。

发明内容：

本发明的目的是为了测试多孔金属材料在高温环境且在试件内部具有温度梯度条件下的吸声性能参数。本试验装置可用于测试环境温度从室温到600℃范围内的材料吸声系数，不仅能测试恒定温度场下的材料吸声系数，而且能够测试材料内部具有0℃到300℃范围温度梯度时的吸声系数。测试的频率范围取决于阻抗管2结构参数。

本发明采用的技术方案如下：

一种变参数温度场下多孔金属材料吸声性能测试装置，包括扬声器1、阻抗管2、保温加热体5、试件加热体9和传声器探头；所述阻抗管2的低温区(固定法兰16左边)端部设置有扬声器1，扬声器1用于产生白噪声信号；所述阻抗管2的高温区(固定法兰16右边)中部设置有保温加热体5，用于保证阻抗管2内部接近试件的区域温度场均匀；所述阻抗管2的高温区的挡热板8与保温加热体5之间设置有传声器探头孔，用于安装传声器探头来测试阻抗管2内的声压；所述阻抗管2高温区的保温加热体5与试件加热体9之间安放被测的材料试件，试件加热体9用于加热材料试件的一个端面；所述扬声器1产生的白噪声信号通过阻抗管2的低温端传送到高温端，白噪声信号经试件材料14表面部分反射后产生的反射波声压信号，通过传声器探头测出。