[发明专利]一种微小型涡轮喷气发动机消声器及其设计方法

说明书

本发明涉及一种微小型涡轮喷气发动机消声器，包括内部面板与外部面板及夹在内部面板和外部面板之间的蜂窝芯夹层，所述内部面板为不同孔径的微穿孔板，接近尾气的地方微穿孔板的微孔孔径略大，通过赫姆霍兹共振腔原理有效的降低排气噪音。本发明采用蜂窝‑微穿孔结构极大地降低了消声器重量，携带方便；相比传统的消声器结构，发明所述的消声器在高温、高速气流环境有着更好的降噪效果；发明所述的微小型涡轮喷气发动机消声器制造简单，安装简单，在降噪领域有着广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于利用蜂窝-微穿孔板复合结构设计的一种中低频、宽频带降噪结构和方法，该发明适用于高速、高温的尾气噪声降噪，特别涉及一种微小型涡轮喷气发动机消声器及其设计方法。

背景技术

近年来随着微机电系统技术、陶瓷材料及其加工制造工艺、微型传感器、微电子控制单元等多个学科领域技术的提升，微小型航空发动机也得到了快速发展，而微型涡轮喷气发动机转速高达100000r/min以上，尾部气流高速高温，其试车时噪声更是超过130dB，严重影响研究人员的听觉和感受，影响试车。

蜂窝-微穿孔共振吸声结构由于其重量轻、强度高、刚性大、稳定性好、适用于高速高温气流等优点在航空领域的降噪中有着广泛的应用。该结构的是由一定厚度的蜂窝芯和上下面板组成，其中上面板为钻有孔径小于1mm，穿孔率低于3％的微孔。声波入射时，该结构的蜂窝芯可以看做赫姆霍兹共振腔，当声波经过微孔进入蜂窝芯内后，蜂窝芯内部的空气振动从而将声能转换为热能，达到降噪的目的。

蜂窝-微穿孔结构不仅有着良好的吸声效果而且因其独特的结构还有一定的隔声效果，利用蜂窝-微穿孔结构设计的消声器兼顾吸声、隔声，进一步提高了降噪效果，而且该结构适用于高温、高速的环境降噪。

发明内容

本发明针对微小型涡轮喷气发动机的尾气噪声，设计了一种蜂窝-微穿孔消声器，将接近尾喷管位置的微孔直径增大，采用310不锈钢制造该结构适用于高温、高速气流的降噪，吸声、隔声一体化设计提高了结构降噪效果。

本发明解决其技术问题采用以下技术方案。

一种微小型涡轮喷气发动机消声器，包括内部面板与外部面板及夹在内部面板和外部面板之间的蜂窝芯夹层，其特征在于，所述内部面板为不同孔径的微穿孔板，接近尾气的地方微穿孔板的微孔孔径略大，通过赫姆霍兹共振腔原理有效的降低排气噪音。

优选的，所述蜂窝芯夹层为采用正六边形蜂窝芯。

优选的，内部面板设为微穿孔板，且接近尾喷管的地方微穿孔板的微孔至尾气排放口的微穿孔板的微孔直径逐渐减小。

优选的，该消声器加长设计成L型，进一步提高降噪功能的同时减少环境污染。

优选的，结构所用材料为310不锈钢，可适用于高温、高速气流的降噪。

优选的，结构不仅有着较好的吸声效果，而且还有一定的隔声特性，进一步提高了降噪效果。

根据声学理论，吸声效果可由吸声系数来衡量，单层微穿孔板在声波垂直入射时结构的的吸声系数α为消耗的能量与入射的能量之比：

其中E_a为材料消耗的声能，E为入射时的总声能，L为板厚背腔高度，r为声阻，m为声质量均与微穿孔板的板厚t和微孔直径d有关。

引入蜂窝夹层结构声阻抗概念，蜂窝夹层结构的隔声量表达式可转化为声阻抗与介质(空气)特性阻抗的形式：

蜂窝结构的声阻抗可表示为：