技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明具體涉及吸聲聲學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于聲學(xué)超材料的寬頻小容積消聲結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

消聲器是一種既可使氣流順利通過又能有效的降低噪聲的設(shè)備，是控制空氣動力噪聲的有效工具。通常按照消聲原理可把消聲器分為被動消聲器（無源消聲器）、主動消聲器（有源消聲器）和半主動消聲器（雙模消聲器）。在被動消聲器里，聲能會被結(jié)構(gòu)反射或吸聲材料吸收；主動消聲器有一個電子控制系統(tǒng)用來產(chǎn)生與聲源聲波幅值相等而相位相反的次聲波，通過聲波干涉來達(dá)到消聲效果；半主動消聲器內(nèi)嵌被動控制裝置，當(dāng)氣流發(fā)生改變時，消聲器的消聲效果會通過氣流來調(diào)節(jié)，如雙模消聲器。

在進(jìn)排氣系統(tǒng)中，由于主動消聲器和半主動消聲器成本很高， 實際工程應(yīng)用中絕大多數(shù)都是被動消聲器。被動消聲器分為阻性消聲器和抗性消聲器，抗性消聲器主要以聲抗性原理用于消除中低頻噪聲，如赫姆霍茲消聲器和擴(kuò)張式消聲器。阻性消聲器利用在管道壁上或者其通道中鋪設(shè)吸聲材料來消除中高頻噪聲。

發(fā)動機(jī)進(jìn)排氣噪聲通常由中低頻的階次噪聲和高頻的燃爆噪聲組成，所以用于其開發(fā)的消聲器多為寬頻帶消聲器，現(xiàn)有技術(shù)中一般使用赫姆霍茲諧振腔用于消除低頻噪聲，使用穿孔構(gòu)件和擴(kuò)張腔消除中頻噪聲，使用阻性材料消除中高頻噪聲，這種消聲器其消聲器容積通常為發(fā)動機(jī)排量的15-18倍，尤其是低頻噪聲，必須要有足夠的消聲容積才能對其進(jìn)行消除，這也是現(xiàn)有技術(shù)中在有限消聲容積下對低頻噪聲進(jìn)行優(yōu)化的難點(diǎn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的問題，提供一種容積較小的基于聲學(xué)超材料的寬頻小容積消聲結(jié)構(gòu)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種基于聲學(xué)超材料的寬頻小容積消聲結(jié)構(gòu)，包括具有中空腔體的殼體，所述消聲結(jié)構(gòu)還包括位于所述殼體的中空腔體內(nèi)且貫穿所述殼體沿長度方向上的相對兩端部的穿管、位于所述殼體的中空腔體內(nèi)且套設(shè)在所述穿管的外部的薄膜套筒、固定設(shè)置在所述薄膜套筒上的具有彈性的薄膜材料和固定設(shè)置在所述薄膜材料上的質(zhì)量塊，所述穿管的內(nèi)腔形成第一空腔，所述穿管的外壁與所述薄膜套筒的內(nèi)壁之間形成第二空腔，所述穿管上設(shè)有多個用于連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質(zhì)量塊均設(shè)有多個，且所述薄膜材料和所述質(zhì)量塊一一對應(yīng)設(shè)置，所述薄膜材料和所述質(zhì)量塊之間構(gòu)成彈簧-質(zhì)量單元。

優(yōu)選地，所述吸音棉在所述第二腔體中的填充密度為80g/L。

優(yōu)選地，所述薄膜材料至少具有一種規(guī)格，每種規(guī)格的所述薄膜材料具有多個，每種規(guī)格的所述薄膜材料與所述質(zhì)量塊之間構(gòu)成具有一定頻率的彈簧-質(zhì)量單元。

進(jìn)一步地，所述薄膜材料具有四種規(guī)格，每種規(guī)格的所述薄膜材料設(shè)有六個，四種規(guī)格的所述薄膜材料與所述質(zhì)量塊之間分別構(gòu)成具有63Hz、125Hz、250Hz和500Hz頻率的彈簧-質(zhì)量單元。

進(jìn)一步地，不同規(guī)格的所述薄膜材料沿所述薄膜套筒的長度延伸方向間隔分布，同種規(guī)格的所述薄膜材料沿所述薄膜套筒的圓周方向間隔分布。

優(yōu)選地，所述薄膜材料上設(shè)有多個與所述薄膜材料相匹配的安裝孔，每個所述薄膜材料固定設(shè)置在一個所述安裝孔中。

優(yōu)選地，所述質(zhì)量塊設(shè)置在所述薄膜材料的中心位置處。

優(yōu)選地，所述薄膜材料由天然橡膠NR或硅橡膠SR制成。

優(yōu)選地，所述薄膜套筒由硬質(zhì)薄板FRPP制成。

優(yōu)選地，所述通孔沿所述穿管的周向和軸向間隔均布分布。

由于上述技術(shù)方案的運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明的基于聲學(xué)超材料的寬頻小容積消聲結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，通過薄膜聲學(xué)超材料來消除氣流中的中低頻噪聲，通過阻性材料來消除氣流中的高頻噪聲，極大降低消聲器消聲容積的同時，且具有理想的消聲效果。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明的基于聲學(xué)超材料的寬頻小容積消聲結(jié)構(gòu)的部分剖視圖；

附圖2為本發(fā)明的基于聲學(xué)超材料的寬頻小容積消聲結(jié)構(gòu)的左視圖。

其中：1、殼體；2、穿管；21、通孔；3、薄膜套筒；4、薄膜材料；5、質(zhì)量塊；6、固定套；7、吸音棉。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例來對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的闡述。

參見圖1和圖2所示的基于聲學(xué)超材料的寬頻小容積消聲結(jié)構(gòu)，該消聲結(jié)構(gòu)包括殼體1、穿管2、薄膜套筒3、薄膜材料4和質(zhì)量塊5。

殼體1具有中空腔體，穿管2位于殼體1的中空腔體內(nèi)，且穿管2的兩端部分別穿過殼體1的長度方向上的相對兩端部并伸出到殼體1的外部。本實施例中，穿管2與殼體1通過焊接連接。

薄膜套筒3也固定設(shè)置在殼體1的中空腔體內(nèi)，且套設(shè)在穿管3的外部。本實施例中，薄膜套筒3在殼體1內(nèi)固定設(shè)置的方式為：在殼體1內(nèi)固定設(shè)有固定套6，薄膜套筒3固定連接在固定套6上，從而通過固定套6將薄膜套筒3固定在殼體1內(nèi)。

穿管2的內(nèi)腔形成第一空腔，穿管2的外壁和薄膜套筒3的內(nèi)壁之間形成第二空腔，穿管2上設(shè)有多個連通第一空腔和第二空腔的通孔21。優(yōu)選地，多個通孔21沿穿管2的周向和軸向間隔均布分布。

在第二空腔中填充有吸音棉7，該吸音棉7由阻性材料制成，可消除進(jìn)入該消聲結(jié)構(gòu)的氣流中的中高頻噪音，吸音棉7在第二空腔中的填充密度為80g/L，這樣的設(shè)置既保證了高頻噪聲的消聲效果，從而使吸音棉7中具有一定的間隙，不會阻礙進(jìn)入第二空腔中的氣流的中低頻噪聲與薄膜材料4的接觸。

薄膜材料4由具有彈性的材料制成，其固定設(shè)置在薄膜套筒3上，質(zhì)量塊5固定設(shè)置在薄膜材料4上，且設(shè)置在薄膜材料4的中心位置最佳，薄膜材料4和質(zhì)量塊5均設(shè)有多個，且二者一一對應(yīng)設(shè)置，薄膜材料4和質(zhì)量塊5之間構(gòu)成彈簧-質(zhì)量單元。

本實施例中，薄膜材料4在薄膜套筒3上的固定設(shè)置方式為：在薄膜套筒3上設(shè)有與薄膜材料4相匹配的安裝孔，薄膜材料4通過粘接或卡箍固定在安裝孔內(nèi)。本實施例中，質(zhì)量塊5通過粘接固定在薄膜材料4上。

薄膜材料4至少具有一種規(guī)格，每種規(guī)格的薄膜材料4均設(shè)有多個，每種規(guī)格的薄膜材料4和質(zhì)量塊5之間構(gòu)成具有一定頻率的彈簧-質(zhì)量單元。

多種薄膜材料4可以按照如下方式設(shè)置在薄膜套筒3上：同種規(guī)格的薄膜材料4沿薄膜套筒3的圓周方向間隔均布分布，不同規(guī)格的薄膜材料4沿薄膜套筒3的長度延伸方向間隔均布分布。當(dāng)然，該多種薄膜材料4也可以按照其他方式設(shè)置，只要設(shè)置方式與薄膜材料4的規(guī)格相匹配，從而使薄膜材料4和質(zhì)量塊5之間構(gòu)成的彈簧-質(zhì)量單元達(dá)到設(shè)定的頻率即可。

本實施中，薄膜材料4具有四種規(guī)格，每種規(guī)格的薄膜材料4設(shè)有六個，四種規(guī)格的薄膜材料4與質(zhì)量塊5之間分別構(gòu)成具有63Hz、125Hz、250Hz和500Hz頻率的彈簧-質(zhì)量單元。

本實施例中，薄膜材料4由天然橡膠NR或硅橡膠SR制成，薄膜套筒3由硬質(zhì)薄板FRPP制成。

本發(fā)明的消聲結(jié)構(gòu)的工作原理為：

氣流從穿管2的一端部進(jìn)入該消聲結(jié)構(gòu)后，穿過通孔21與吸音棉2接觸，通過吸音棉2可消除氣流中的高頻噪聲。同時，氣流中的中低頻噪聲通過吸音棉2中的空隙與薄膜材料4接觸后，引起薄膜材料4與質(zhì)量塊5構(gòu)成的彈簧-質(zhì)量單元共振，從而消除了氣流中的中低頻噪聲，經(jīng)過消聲后的氣流從穿管2的另一端部流出該消聲結(jié)構(gòu)。

傳統(tǒng)消聲器通常采用赫姆霍茲消聲器消除低頻噪聲，該方案需要足夠的消聲容積才能對低頻噪聲進(jìn)行消除，而本發(fā)明的消聲結(jié)構(gòu)利用薄膜聲學(xué)超材料的帶隙原理對低頻噪聲進(jìn)行消除，具體為：當(dāng)薄膜的共振方向和集中質(zhì)量的振動方向相反時，聲學(xué)超材料在該頻率存在帶隙，具有吸聲效果；同時該消聲結(jié)構(gòu)通過阻性材料如吸音棉來消除高頻噪聲，極大降低消聲器消聲容積的同時，且具有理想的低頻消聲效果。

上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。