CN102022222B - 消声器 - Google Patents

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Abstract

一种消声器，包括壳体、排气管和内部腔室。壳体具有第一端部、第二端部和锥形壁部，排气管具有对应第一端部的进气口和对应第二端部的排气口，内部腔室，形成于壳体的内表面和排气管的外表面之间。其中，排气管延伸于壳体的第一端部之外并且与第一端部相密封，壳体的第二端部具有开口，排气管的排气口处于内部腔室中并且与壳体的第二端部的开口之间具有间隙，壳体的锥形壁部上还设有通风口，当排气管排出废气时，外界空气可经由通风口进入内部腔室并从壳体的第二端部的开口排出从而来冷却消声器。由于可以进行通风冷却，所以，一方面，降低了消声器的工作温度，另一方面，消声器的制造材料的选择范围也得以扩大。

Description

消声器
技术领域
本发明涉及一种消声器，更具体地说，本发明涉及一种用于飞机中的辅助动力装置排气系统上的消声器。
背景技术
在航空器中，辅助动力装置(APU)设于飞机的机体后部，一个防火墙将辅助动力装置与飞机尾锥隔离。所述辅助动力装置(APU)的排气噪声可以经排气管引至整合尾锥消声器，经消声器降低辅助动力装置的排气噪声。
目前，在新型飞机上的辅助动力装置中的排气系统，越来越多地使用整合尾锥消声器。美国专利No.6,039,287中公开了这种整合尾锥消声器，图1为这种整合尾锥消声器1的示意图，如图所示，该消声器1包括壳体2和排气管3，壳体2具有截面积较大的第一端部4和截面积较小的第二端部5，排气管3具有对应所述壳体2的第一端部4的进气口6和对应壳体2的第二端部5的排气口7，壳体2的内表面和排气管3的外表面之间形成内部腔室8。
由于缺乏冷却系统，因此，上面所公开的这种消声器的内部腔室的温度相当高，这就要求消声器必须使用可以承受高温的合金材料或者使用大面积的隔热层，因而，相应地，消声器材料的使用范围就会受到限制或消声器的重量会明显增加。
发明内容
为了降低消声器的内部腔室的温度，本发明提出了一种新的消声器。所述消声器包括壳体、排气管和内部腔室，所述壳体具有第一端部、第二端部和从第一端部到第二端部截面逐渐变小的锥形壁部；所述排气管具有对应所述壳体的第一端部的进气口和对应所述壳体的第二端部的排气口；所述内部腔室形成于所述壳体的内表面和所述排气管的外表面之间；其中，所述排气管的进气口延伸于所述壳体的第一端部之外并且所述壳体的第一端部与排气管相密封，所述壳体的第二端部具有开口，所述排气管的排气口处于所述内部腔室中并且与所述壳体的第二端部的开口之间具有间隙，所述壳体的锥形壁部上还设有通风口，外界空气经由所述通风口进入所述内部腔室并从所述壳体的第二端部的开口排出。
优选地，所述通风口具有隔音元件。
更优选地，所述隔音元件为声子晶体。
更优选地，所述通风口位于所述壳体的锥形壁部的上表面。
优选地，所述壳体的第二端部具有在气体的流动方向上逐渐变细的喇叭口形状的引射增强部从而将所述内部腔室的空气引射流出所述引射增强部。
优选地，所述排气管具有与所述内部腔室相通的若干孔洞。
优选地，所述排气管由多孔材料制作。
优选地，所述壳体的锥形壁部上还具有连通所述内部腔室的排液口。
优选地，所述排液口靠近所述壳体的第一端部位于所述壳体的锥形壁部的横截面的最低点处。
通过通风口，外界空气可以进入到内部腔室中对消声器进行冷却，这样，消声器的工作温度在一定程度上降低，消声器内部的工作环境就大大改善，对于制造商来说，制造消声器的材料选择面也变宽了。
附图说明
图1是现有技术中一种消声器的示意图。
图2是本发明中的消声器的示意图。
具体实施方式
如图2所示，改进的消声器10包括壳体11和排气管12。所述壳体11具有截面积较大的第一端部13a和截面积较小的第二端部13b，并在沿着水平轴线20的方向上形成锥形壁部14。所述锥形壁部14沿水平的轴截面可以被相对地分为上表面和下表面。所述排气管12具有进气口15a和排气口15b，所述进气口15a对应于所述壳体11的第一端部13a设置，并连接到辅助动力装置中的发动机的废气排出端，所述排气口15b对应于所述壳体11的第二端部13b设置，其用于将来自于发动机的废气排出飞机。其中，所述排气管12与所述壳体11的第一端部13a相密封并且所述排气管12延伸到所述壳体11的第一端部13a之外，所述壳体11的第二端部13b具有开口16。这样，在所述壳体11的内表面和所述排气管12的外表面之间就形成了内部腔室17。所述排气管12的排气口15b处于所述内部腔室中并且与所述第二端部13b的开口16之间具有间隙。在壳体11的锥形壁部14上还设有通风口18。较优地，所述开口16的周边还设置有在气流流动方向上口径逐渐变小的喇叭口形状的引射增强部22，更优地，所述引射增强部22与排气管12的排气口15b邻近设置，这样，所述内部腔室17的空气就被引射流出所述引射增强部22，具体引射原理将在后面详述。更优地，在所述排气管12上还可以设有与所述内部腔室17相通的若干孔洞21以使排气管12和内部腔室17形成共振腔用来降低噪音。可选择地，所述排气管12也可以采用多孔材料来制作仍然可以达到这种效果。较优地，所述通风口18还具有隔音元件，通过所述隔音元件可以最大程度地将经由所述通风口18排出的噪音降至最低。
进一步地，所述隔音元件可以采用声子晶体。下面，为了便于理解，有必要对声子晶体作一些简单的介绍。
声子晶体的概念是从传统晶体、光子晶体的概念中演绎出来的，与传统晶体、光子晶体的相似之处在于都是模拟天然晶体原子排列方式，均具有某种周期结构。通常，组成声子晶体的材料被称为组元，其分为散射体与基体。根据散射体形状及其在基体中的周期分布形式，可以分为一维、二维和三维声子晶体。其中，一维结构的散射体为板状，二维结构为柱状散射体，而三维声子晶体散射体多为球体；根据组元的材料属性，又可以分为固/固(规定前者为散射体，后者为基体)，固/液，液/固、液/液等组合结构。声子晶体的本质特征是声子禁带，即处于声波带隙频率范围的振动或者声波被禁止在声子晶体中传播。声子禁带的产生和禁带宽度的大小主要受以下因素的影响：材料各组分的密度以及弹性参数比率等物理参数、晶体的拓扑结构即周期性排列方式、散射体几何形状、晶格常数以及散射体填充率等结构参数。声子晶体所具有的禁带特性、局域特性以及聚焦特性使得它在减振、降噪、声学器件等方面有着潜在的广阔应用前景。例如其可以根据声子晶体的禁带特性，设计和制造出隔音隔振材料。隔音降噪是声子晶体复合材料的基本功能，这种材料既可以在噪声的传播途中隔离噪声，又可以在噪声源处控制噪声。与传统隔声材料相比，它具有频率可设计、针对性强、效果好等优点。而隔振功能会在减少各种探测和定位器件振动所带来的负面影响方面有重要意义。声子晶体具有声波的局域性、负折射、声聚焦特性。
在本发明中，就是应用了声子晶体的禁带作用，这样就可以将频率段对声压水平贡献较大的频率段过滤掉。另外，应用声子晶体来设计具体的隔声结构可以参照中国专利申请CN201010178681.2或者CN200810301613.3所公开的具体内容来设置，也可以应用论文Some Preliminary Results For Highway Noise Barrier Designs Based OnAcoustic Band Gap Phenomenon(《Proceedings of NCAD2008NoiseCon2008-ASME NCAD》，July 28-30，2008，Dearborn，Michigan，USA，Liang-Wu Cai)中所述的结构。因为上述结构均属于现有技术范畴，故在此就不再赘述。
另外，即使所述消声器10采用了具有隔音元件的通风口18，所述通风口18也必然成为除所述壳体11上的第二端部13b的开口16外的另一个噪声源。因此，较优地，为了控制消声器10的工作噪声，当所述消声器10被安装在飞机上时，所述通风口18设于所述锥形壁部14的上表面，这样，当飞机飞行时，消声器通过通风口18排出的噪声就向高空衍射而不是向地面衍射，从而达到较佳的降噪效果，更优地，所述通风口18远离第一端部13a设置，这样可以使经由通风口排出的噪音尽量不靠近飞机的工作区。更进一步地，为了将进入消声器10内部腔室17的雨水或以其他形式产生的液态水从消声器10中排出，较优地，消声器10还设有排液口19。更优地，所述排液口19靠近所述壳体11的第一端部13a并设于所述壳体11的锥形壁部14的横截面的最低点处，这样，当所述消声器10被安装在飞机上时可以使进入消声器内的所有液态水尽可能地全部排出。
由于上述消声器10的排气管12的排气口15b与壳体11的第二端部13b的开口16之间具有间隙，尤其当所述壳体11的开口16的周边设置有喇叭口的形状的引射增强部22时，所以，当排气管12中的废气流速较高时就会在扩张处形成低压区从而使得所述通风口18和排气口15b之间存在压差，因此，外界空气就会从通风口18进入到消声器10的内部腔室17中并从处于低压区的开口16流出，即，在这里相当于采用了引射器的构型。在地面和高空飞行时，由于排气管12不断地向外喷射废气，则由排气管12传导到内部腔室17的温度是非常高的，与此相反的是，外界空气的温度是相对较低的，这样，外界空气在内部腔室17的流动就可以迅速地降低消声器10整体的温度。另外，又由于在本发明的较优的实施方式中通风口18设置于消声器10的锥形壁部14的上表面且尽量远离第一端部13a，且采用了声子晶体作为隔声元件，所以，消声器10的声学性能也得到了较大程度的保证。
采用了这种结构的消声器，一方面可以扩展消声器的材料的选择范围，另一方面可以将照明的频闪灯以及导航灯的电缆布置在消声器内。
本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而可以理解，在本发明的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述结构作各种变化和改进，但都属于本发明的保护范围。上述实施方式的描述是例示性的而不是限制性的，本发明的保护范围由权利要求所确定。

Claims (9)

1.一种消声器包括：
壳体，其具有第一端部、第二端部和从第一端部到第二端部截面逐渐变小的锥形壁部；
排气管，其具有对应所述壳体的第一端部的进气口和对应所述壳体的第二端部的排气口；以及
内部腔室，形成于所述壳体的内表面和所述排气管的外表面之间；其中，
所述排气管延伸于所述壳体的第一端部之外并且与所述第一端部相密封，所述壳体的第二端部具有开口，所述排气管的排气口处于所述内部腔室中并且与所述壳体的第二端部的开口之间具有间隙，所述壳体的锥形壁部上还设有通风口，外界空气经由所述通风口进入所述内部腔室并从所述壳体的第二端部的开口排出。
2.根据权利要求1所述的消声器，其特征在于，所述通风口具有隔音元件。
3.根据权利要求2所述的消声器，其特征在于，所述隔音元件为声子晶体。
4.根据权利要求3所述的消声器，其特征在于，所述通风口位于所述壳体的锥形壁部的上表面。
5.根据权利要求1所述的消声器，其特征在于，所述壳体的第二端部具有在气体的流动方向上逐渐变细的喇叭口形状的引射增强部从而将所述内部腔室的空气引射流出所述引射增强部。
6.根据权利要求1所述的消声器，其特征在于，所述排气管具有与所述内部腔室相通的若干孔洞。
7.根据权利要求1所述的消声器，其特征在于，所述排气管由多孔材料制作。
8.根据权利要求1所述的消声器，其特征在于，所述壳体的锥形壁部上还具有连通所述内部腔室的排液口。
9.根据权利要求8所述的消声器，其特征在于，所述排液口靠近所述壳体的第一端部位于所述壳体的锥形壁部的横截面的最低点处。
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