本發(fā)明屬于空氣吸聲復(fù)合結(jié)構(gòu)，具體涉及一種環(huán)形串聯(lián)內(nèi)插管式亥姆霍茲共振吸聲-承載一體化結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、開發(fā)亞波長厚度的低頻吸聲材料一直是航空航天、建筑工程與車輛工程等領(lǐng)域的一項重要任務(wù)。傳統(tǒng)的多孔吸聲材料只能在中高頻具有良好的吸聲效果，其在低頻下吸聲性能較差。傳統(tǒng)的亥姆霍茲共振吸聲結(jié)構(gòu)如微穿孔板等，由微穿孔板和板后的空氣背襯構(gòu)成。在特定頻率的聲波的激勵下，結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)生共振，穿孔內(nèi)的空氣振動速度加快，聲能發(fā)生劇烈耗散。微穿孔板結(jié)構(gòu)在航空發(fā)動機聲襯與室內(nèi)消音等領(lǐng)域已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用。為了進一步增強微穿孔板的吸聲性能，有學(xué)者將微穿孔延伸嵌入到空氣背腔內(nèi)部形成內(nèi)插管式亥姆霍茲共振吸聲結(jié)構(gòu)。增強內(nèi)插管結(jié)構(gòu)的低頻吸聲性能往往需要增大腔體的厚度與體積，這將導(dǎo)致空間和材料的浪費，不利于實際應(yīng)用。此外，內(nèi)插管結(jié)構(gòu)往往應(yīng)用于復(fù)雜環(huán)境，這需要其同時具有吸聲與承載功能。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種環(huán)形串聯(lián)內(nèi)插管式亥姆霍茲共振吸聲-承載一體化結(jié)構(gòu)，用于解決傳統(tǒng)串聯(lián)亥姆霍茲共振吸聲結(jié)構(gòu)低頻吸聲性能較差、承載能力較弱等技術(shù)問題。

2、為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供的一種環(huán)形串聯(lián)內(nèi)插管式亥姆霍茲共振吸聲-承載一體化結(jié)構(gòu)，包括按陣列排布的多個元胞，每個元胞包括呈上下結(jié)構(gòu)布置的兩個蜂窩，每個蜂窩均內(nèi)嵌有內(nèi)插管，兩個內(nèi)插管內(nèi)嵌有圓柱形支柱，?所述蜂窩、內(nèi)插管和圓柱形支柱同軸布置。

4、優(yōu)選地，所述內(nèi)插管與蜂窩的上表面連接。

5、優(yōu)選地，所述內(nèi)插管與蜂窩之間通過焊接或膠接連接。

6、優(yōu)選地，所述圓柱形支柱的底端與下層蜂窩的下表面連接。

7、優(yōu)選地，所述圓柱形支柱的底端與下層蜂窩的下表面通過焊接或膠接連接。

8、優(yōu)選地，所述內(nèi)插管的長度小于蜂窩的高度。

9、優(yōu)選地，所述圓柱形支柱的長度等于上下兩層蜂窩的總高度。

10、優(yōu)選地，每個蜂窩的邊長為10~20?mm，高度為20~30?mm，壁面厚度為0.5~3?mm。

11、優(yōu)選地，所述內(nèi)插管的半徑為2~5?mm，長度為10~20?mm，壁厚1?mm。

12、優(yōu)選地，所述圓柱形支柱的半徑為1~4?mm。

13、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：

14、本發(fā)明提供的一種環(huán)形串聯(lián)內(nèi)插管式亥姆霍茲共振吸聲-承載一體化結(jié)構(gòu)，在特定頻率的聲波激勵下，內(nèi)插管結(jié)構(gòu)發(fā)生亥姆霍茲共振，內(nèi)插管中的空氣粒子的振動速度加劇，與壁面發(fā)生劇烈摩擦，大量耗散聲能。由于壁面滿足無滑移條件，空氣粒子在內(nèi)插管壁面上的速度為零，而在內(nèi)插管的中心區(qū)域速度最大，這樣的速度梯度在內(nèi)插管壁面附近形成了一圈環(huán)狀的粘性邊界層。在邊界層內(nèi)部，聲能被轉(zhuǎn)化為熱能。相比于傳統(tǒng)內(nèi)插管結(jié)構(gòu)，頸部中心支柱的存在使得內(nèi)插管壁面和支柱壁面附近形成了兩個環(huán)狀的粘性邊界層。邊界層面積的擴大意味著粘性能量耗散的增強，這在宏觀上表現(xiàn)為吸聲性能的提高。此外，圓柱形支柱能夠分擔(dān)來自元胞上表面的壓力，使其具有更好的承載能力。

15、進一步的，蜂窩狀元胞的邊長為10~20?mm，整體高度為40~60?20~30mm，壁面厚度為0.5~3?mm。蜂窩狀元胞的邊長和厚度會改變元胞內(nèi)部空腔的體積，進而改變整體結(jié)構(gòu)的共振特性與共振頻率，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對吸聲性能的調(diào)節(jié)。通過改變元胞的壁面厚度的能夠調(diào)節(jié)整體結(jié)構(gòu)的承載能力。

16、進一步的，蜂窩狀元胞上表面嵌入進空腔的內(nèi)插管的半徑為2~5?mm，長度為10~20mm。通過改變內(nèi)插管的半徑與長度能夠改變整體結(jié)構(gòu)的共振特性與共振頻率，從而實現(xiàn)對吸聲性能的調(diào)控。

17、進一步的，固定在元胞下表面的圓柱形支柱的半徑為1~4?mm，其高度與整體元胞的高度相等。調(diào)節(jié)支柱的半徑一方面可以調(diào)節(jié)整體結(jié)構(gòu)的共振頻率與峰值吸聲系數(shù)，另一方面可以調(diào)節(jié)整體結(jié)構(gòu)的承載能力。

18、綜上所述，本發(fā)明可用于制造輕質(zhì)超薄空氣吸聲結(jié)構(gòu)，其具有優(yōu)異的低頻吸聲性能以及良好的承壓能力；在設(shè)計方面，結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料參數(shù)具有很大的可調(diào)性，可根據(jù)實際工況需求進行選擇，具有廣泛的工程應(yīng)用前景。

19、下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。

技術(shù)特征：

1.一種環(huán)形串聯(lián)內(nèi)插管式亥姆霍茲共振吸聲-承載一體化結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括按陣列排布的多個元胞，每個元胞包括呈上下結(jié)構(gòu)布置的兩個蜂窩（1），每個蜂窩（1）均內(nèi)嵌有內(nèi)插管（2），兩個內(nèi)插管（2）內(nèi)嵌有圓柱形支柱（3），?所述蜂窩（1）、內(nèi)插管（2）和圓柱形支柱（3）同軸布置。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)形串聯(lián)內(nèi)插管式亥姆霍茲共振吸聲-承載一體化結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述內(nèi)插管與蜂窩的上表面連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)形串聯(lián)內(nèi)插管式亥姆霍茲共振吸聲-承載一體化結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述內(nèi)插管與蜂窩之間通過焊接或膠接連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)形串聯(lián)內(nèi)插管式亥姆霍茲共振吸聲-承載一體化結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述圓柱形支柱的底端與下層蜂窩的下表面連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)形串聯(lián)內(nèi)插管式亥姆霍茲共振吸聲-承載一體化結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述圓柱形支柱的底端與下層蜂窩的下表面通過焊接或膠接連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)形串聯(lián)內(nèi)插管式亥姆霍茲共振吸聲-承載一體化結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述內(nèi)插管的長度小于蜂窩的高度。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)形串聯(lián)內(nèi)插管式亥姆霍茲共振吸聲-承載一體化結(jié)構(gòu)，其特征在于所述圓柱形支柱的長度等于上下兩層蜂窩的總高度。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)形串聯(lián)內(nèi)插管式亥姆霍茲共振吸聲-承載一體化結(jié)構(gòu)，其特征在于，每個蜂窩的邊長為10~20?mm，高度為20~30?mm，壁面厚度為0.5~3?mm。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)形串聯(lián)內(nèi)插管式亥姆霍茲共振吸聲-承載一體化結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述內(nèi)插管的半徑為2~5?mm，長度為10~20?mm，壁厚1?mm。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)形串聯(lián)內(nèi)插管式亥姆霍茲共振吸聲-承載一體化結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述圓柱形支柱的半徑為1~4?mm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種環(huán)形串聯(lián)內(nèi)插管式亥姆霍茲共振吸聲?承載一體化結(jié)構(gòu)，包括按陣列排布的多個元胞，每個元胞包括呈上下結(jié)構(gòu)布置的兩個蜂窩，每個蜂窩均內(nèi)嵌有內(nèi)插管，兩個內(nèi)插管內(nèi)嵌有圓柱形支柱，所述蜂窩、內(nèi)插管和圓柱形支柱同軸布置；本發(fā)明具有優(yōu)異的低頻吸聲能力與良好的承載能力，此外，可通過調(diào)節(jié)頸部與頸部中心支柱的半徑等參數(shù)實現(xiàn)低頻可調(diào)節(jié)的吸聲功能，可根據(jù)實際工況需求進行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，是一種承載、吸聲的多功能一體化結(jié)構(gòu)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，便于制造和組裝。

技術(shù)研發(fā)人員：辛鋒先,徐飛龍,吳子舜
受保護的技術(shù)使用者：西安交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10