CN102087853A

CN102087853A - 一种航空发动机试车台用元件集合型超低频消声装置

Info

Publication number: CN102087853A
Application number: CN 201010570960
Authority: CN
Inventors: 汤道敏; 万能; 王世光
Original assignee: CHINA AVIATION PLANNING AND CONSTRUCTION DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: China Aviation Planning and Design Institute Group Co Ltd
Priority date: 2010-12-03
Filing date: 2010-12-03
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2030-12-03
Also published as: CN102087853B

Abstract

本发明是一种航空发动机试车台用元件集合型超低频消声装置，该装置分别安装在航空发动机试车台的进气道和排气道，其特征在于：该装置是由3～4层沿进气道和排气道纵向排列的消声元件组合构成；消声装置每层是由在承力梁上固定按等间距排列的多个板状消声元件组成。厚度为700～800mm的板状消声元件，外层是厚度为50mm的超细棉吸声板，纤维直径细，超细棉吸声板的流阻率应达到23000Pa.s/m²；芯层采用岩棉半硬板填充，纤维直径较粗，岩棉半硬板的流阻率应达到7200Pa.s/m²；消声装置每层堵塞面积比在49～51％。与现有技术相比，该装置为航空发动机试车台提供兼有宽频带消声能力的一种超低频消声装置，消声装置采用典型阻性元件组合，便于制造、运输和安装，降低成本。

Description

一种航空发动机试车台用元件集合型超低频消声装置

技术领域

本发明是一种航空发动机试车台用元件集合型超低频消声装置，属于产品的结构技术领域。

背景技术

航空发动机室内试车台和军用飞机地面试车台，产生的噪声是宽频带强噪声，其中超低频噪声也很显著，我国目前对此关注较少。近几年来国内外噪声测试表明，露天试验时，涡轮风扇发动机的超低频噪声(4～20Hz)的声功率级(PWL)可达120db以上；对于军用飞机发动机试车台，采用烟斗式排气消声装置后，虽然在75m处，噪声降到85dbA，但超低频噪声部分(4～20Hz)仍大于100db以上。为了不影响相近区域居民的正常工作生活，试车台不仅要求在声频段(＞20Hz)具备良好的隔声吸声消声功能，并要求对超低频噪声实施控制。其中超低频噪声的环境标准，以国内某试车台为例，涡轮风扇发动机在起飞功率下运行时，沿试车台周围75m的厂界处，要求8Hz～20Hz超低频噪声的各个1/3倍频带声压级小于100dB。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术的状况而设计，提供了一种航空发动机试车台用元件集合型超低频消声装置，其目的是为航空发动机试车台提供兼有宽频带消声能力的一种超低频消声装置，消声装置采用典型阻性元件组合，便于制造、运输和安装，降低成本。

为了实现上述目的，需要解决的关键技术为：

1、确定典型阻性元件复合吸声层的结构及其超低频吸声特性；

2、确定超低频消声装置的超低频消声特性和宽频带降噪特性；

3、设备的经济性、通用性和长期稳定的声学效果。

技术方案：

为解决消声元件的吸声结构的超低频吸声特性，首先通过驻波管测定纤维材料吸声层的声阻抗率，按声学基本理论确定不同流阻率对应的纤维材料在4～8000HZ频域的声学基本参数即传播常数γ＝α+jβ和特性阻抗W＝Wr+jWi，式中：

α为衰减常数(单位为Np/m)，β为相位常数(单位为rad/m)，Wr为特性阻抗实部(单位为空气特性阻抗ρc)，Wi为特性阻抗虚部(单位为空气特性阻抗ρc)，

继而将声学传输线理论扩展到超低频域，通过复变函数编程运算对不同结构复合吸声层的表面声阻抗率Z₃和吸声系数α_n进行篩选。其中

Z_{3} = \frac{(w_{2} \coth γ_{2} L_{2}) (w_{1} \coth γ_{1} L_{1}) + {w_{1}}^{2}}{w_{2} \coth γ_{2} L_{2} + w_{1} \coth γ_{1} L_{1}} = R + jx - - - (1)

α_{n} = \frac{4 R}{{(1 + R)}^{2} + x^{2}} - - - (2)

上述式中，下标1和2分别代表外层和内层吸声材料，L₁、L₂分别为外层、内层的厚度，吸声系数α_n按消声元件厚度2L之半即L＝L₁+L₂条件确定，Coth为复数双曲余切函数。

通过多方案比较，确定超低频消声元件采用阻性复合吸声层的板状结构，而后进行消声装置模型试验和现场测试，完善了航空发动机试车台用元件集合型超低频消声装置的方案。

本发明技术方案是通过以下技术措施来实现的：

该种航空发动机试车台用元件集合型超低频消声装置，该装置分别安装在航空发动机试车台的进气道和排气道，其特征在于：该装置是由3～4层沿进气道和排气道纵向排列的消声元件组合构成，消声装置每层是由在承力梁4上固定按等间距排列的多个板状消声元件组成，在流道壁面安装半片式板状消声元件；板状消声元件3内部采用复合吸声层，其外层5是超细棉吸声板，纤维直径细，超细棉吸声板的流阻率应达到23000Pa..s/m²；芯层采用岩棉半硬板填充，纤维直径较粗，岩棉半硬板的流阻率应达到7200Pa..s/m²，消声装置每层堵塞面积比在49～51％。

板状消声元件的复合吸声层厚度为700～800mm。

板状消声元件的外层超细棉吸声板的厚度为50mm。

进气道1和排气道2用纵向排列的各层板状消声元件之间均呈交错状；其中进气道1下层的板状消声元件3的顶部插入上层两板状消声元件的空隙之间，插入深度为板状消声元件高度2700～3600mm的1/6。

根据流道的气流速度、温度和耐候要求，进气道1用消声元件的复合吸声层外层用防水玻璃布、穿孔钢板作为保护层；排气道2用板状消声元件3的复合吸声层外层用无碱玻璃布、不锈钢丝网、穿孔钢板作为保护层。板状消声元件3外侧的穿孔钢板开孔率为23％。

为减少流道的压力损失，进气道1的中间层板状消声元件3的上、下两顶部设计为梯形穿孔整流体8并在内部采用复合吸声层，而上、下层板状消声元件3两端分别为圆形整流体7和梯形穿孔整流体8并在内部采用复合吸声层；排气道2的所有板状消声元件3的上、下两顶部均为利于整流的圆形整流体7。

通过控制板状消声元件的厚度和内部层状纤维吸声材料的流阻率，使超低频吸声系数α_n≥0.4，达到一定的超低频声吸收效果；通过在试车台进、排气道的不同布置方式，消声装置在满足一定的超低频消声要求时，同时可达到较好的宽频带降噪效果。

板状消声元件的复合吸声层性能采用片厚之半时的法向吸声系数表示，依据流阻率确定的上述两种材料声学基本参数，按传输线理论计算吸声特性，本方案采用的典型结构，其超低频吸声系数见下表：

f(Hz)	4	5	6.3	8	10	12.5	16	20	元件片厚
										GW0.05+RW0.35	0.41	0.42	0.42	0.43	0.44	0.46	0.46	0.53	0.8m
GW0.05+RW0.30	0.40	0.40	0.41	0.42	0.43	0.45	0.46	0.53	0.7m

(表中复合吸声层的标志GW0.05表示厚50mm的超细玻璃棉吸声板；标志RW0.35表示350mm厚的岩棉半硬板；RW0.30表示300mm厚的岩棉半硬板)

本发明也可用于军用飞机地面试车台、大型燃气轮机发电机组排气系统及超音速风洞等大型气动设备的噪声控制。

本发明技术方案的有益效果：

1、占用空间尺寸较小，可直接应用在常规设计的进、排气道中，不但满足了一定的超低频消声要求，并且具有较好的宽频带降噪特性。对于噪声源中超低频声功率级成分大的涡轮风扇发动机试车台和军用航空发动机试车台噪声控制工程，本发明尤为适用；

2、本发明无需降低超低频噪声的“有源消声器”，本专利结构简单，易于加工、安装，维修工作量少，经济性好；

3、降低超低频噪声的措施简单并且降噪频域宽，适应能力好。

附图说明

图1为本发明装置在航空发动机试车台进气道的安装及结构示意图

图2为本发明装置在航空发动机试车台排气道的安装及结构示意图

图3为本发明装置不同形式的板状消声元件结构剖视图

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述：

参见附图1～3所示，该种航空发动机试车台用元件集合型超低频消声装置，该装置分别安装在航空发动机试车台的进气道1和排气道2，其特征在于：该装置是由3～4层沿进气道1和排气道2纵向排列的消声元件组合构成，消声装置每层是由在承力梁4上固定按等间距排列的多个板状消声元件组成，在流道壁面安装半片式板状消声元件；进气道1和排气道2用纵向排列的各层板状消声元件之间均呈交错状；进气道1的下层板状消声元件3顶部插入上层两板状消声元件3的空隙之间，插入深度为板状消声元件3高度2700～3600mm的1/6。板状消声元件3内部采用复合吸声层，其外层5是超细棉吸声板，该超细棉吸声板的流阻率应达到23000Pa..s/m²，芯层6采用岩棉半硬板填充，岩棉半硬板的流阻率应达到7200Pa..s/m²，消声装置每层堵塞面积比在49～51％。进气道1用板状消声元件的复合吸声层外层用防水玻璃布、穿孔钢板作为保护层；排气道2用板状消声元件3的复合吸声层外层用无碱玻璃布、不锈钢丝网、穿孔钢板作为保护层。板状消声元件3外侧的穿孔钢板开孔率为23％。

板状消声元件3的复合吸声层厚度为700～800mm，高度为2700～3600mm。进气道1的中间层板状消声元件3的上、下两顶部设计为梯形穿孔整流体8并在采用填充复合吸声层，而上、下层板状消声元件3两端分别为圆形整流体7和梯形穿孔整流体8并在内部采用复合吸声层；排气道2的所有板状消声元件3的上、下两顶部均为利于整流的圆形整流体7。

将厚度为800mm的元件组成消声装置在某型发动机试车台的排气道中实施，当有效消声总长7.6m，排气温度为154℃，消声片之间气流速度为30m/s时。现场测定排气消声装置的超低频段(4Hz～20Hz)插入损失IL见下表

f(Hz)	4	5	6.3	8	10	12.5	16	20
									IL(dB)	3.0	3.1	3.8	10.1	12.3	12.7	13.6	15

当试车间测点处的超低频段(4～20HZ)声压级为122dB时，在厂界处(距试车台65m)的超低频段(4～20Hz)各1/3倍频带声压级均低于100dB的环境保护要求。

当试车间测点处声压级为134.3dBA时，排气塔口处声压级为91.6dBA，进气塔口处声压级为86.2dBA。厂界处的多个测点声压级均低于环保要求55dBA。表明该试车台的超低频消声装置的宽频带(＞20HZ)降噪性能也良好。

与现有技术相比，该装置为航空发动机试车台提供了兼有宽频带消声能力的一种超低频消声装置，消声装置采用典型阻性元件组合，便于制造、运输和安装，降低成本。

Claims

1.一种航空发动机试车台用元件集合型超低频消声装置，该装置分别安装在航空发动机试车台的进气道1和排气道2。其特征在于：该装置是由3～4层沿进气道1和排气道2纵向排列的板状消声元件组合而成，消声装置每层是由在承力梁4上固定按等间距排列的多个板状消声元件组成，在流道壁面安装半片式板状消声元件；板状消声元件3内部采用复合吸声层，其外层5是超细棉吸声板，超细棉吸声板的流阻率应达到23000Pa..s/m²，芯层6采用岩棉半硬板填充，岩棉半硬板的流阻率应达到7200Pa..s/m²，消声装置每层堵塞面积比在49～51％。

2.根据权利要求1所述的航空发动机试车台用元件集合型超低频消声装置，其特征在于：板状消声元件3的复合吸声层厚度为700～800mm。

3.根据权利要求1所述的航空发动机试车台用元件集合型超低频消声装置，其特征在于：板状消声元件3的外层5超细棉吸声板的厚度为50mm。

4.根据权利要求1所述的航空发动机试车台用元件集合型超低频消声装置，其特征在于：进气道1和排气道2用纵向排列的各层板状消声元件3间均呈交错状；其中进气道1下层的板状消声元件3顶部插入上层两板状消声元件3的空隙之间，插入深度为板状消声元件3高度2700～3600mm的1/6。

5.根据权利要求1所述的航空发动机试车台用元件集合型超低频消声装置，其特征在于：进气道1用板状消声元件3的复合吸声层外层用防水玻璃布、穿孔钢板作为保护层；排气道2用板状消声元件3的复合吸声层外层用无碱玻璃布、不锈钢丝网、穿孔钢板作为保护层。板状消声元件3外侧的穿孔钢板开孔率为23％。

6.根据权利要求1所述的航空发动机试车台用元件集合型超低频消声装置，其特征在于：进气道1的中间层板状消声元件3的上、下两顶部设计为梯形穿孔整流体8并在内部采用复合吸声层，而上、下层板状消声元件3两端分别为圆形整流体7和梯形穿孔整流体8并在内部采用复合吸声层；排气道2的所有板状消声元件3的上、下两顶部均为利于整流的圆形整流体7。