CN104019974A - 一种卫星整流罩减振降噪简易实验装置 - Google Patents

Abstract

一种卫星整流罩减振降噪简易实验装置，包括模拟整流罩、声激励电路、力激励电路和数据采集电路，所述声激励电路包括依次连接的电脑、双通道图示均衡器、功率放大器Ⅰ、音箱，所述力激励电路包括依次连接的电脑、功率放大器Ⅱ和激振器，所述数据采集电路包括数据采集前端以及安装在模拟整流罩上的麦克风和加速度传感器；所述声激励电路、力激励电路向模拟整流罩输送声激励和力激励信号，模拟整流罩上的传感器将信号通过数据采集前端反馈回电脑进行数据分析比较，从而得到模拟整流罩内铺设吸音材料的声学特性。该实验装置设备投入少，对实验环境要求不高，设备安全可靠，操作简单，可重复性强，可大大缩短整流罩降噪处理的生产周期，节约人力、物力成本。

Description

一种卫星整流罩减振降噪简易实验装置

技术领域

本发明涉及一种减振降噪实验装置，尤其涉及卫星整流罩减振降噪简易实验装置。

背景技术

卫星在发射和飞行过程中，外部声振环境极其严峻，其中主要是大气的脉动压力和火箭发动机的喷流噪声，为了保护卫星及其它有效载荷，采用整流罩将卫星及其他有效载荷与外部环境隔绝，可有效的防止卫星等精密仪器受气动力，气动加热及声振等有害环境的影响；但目前整流罩采取的降噪措施比较有限，一般情况下，整流罩内外声压级仅相差10dB左右，而卫星质量40%起到的作用仅仅是为了使卫星能够承受运载火箭发射和飞行过程中的巨大振动和噪声，根据估计，运载火箭发射一千克物体的成本达到2万至4万美元，因此如果能够降低卫星有效载重舱内的声压级，不仅能够降低卫星故障的概率，而且能够降低卫星的质量，这对于卫星和火箭的设计、制造和发射都具有巨大的经济意义。

与本专利申请最接近的现有技术有：1. Acoustic testing of the Cassini spacecraft and Titan IV payload fairing. / Part 1，Introduction and test configuration（NASA）2. 运七机身舱内降噪综合试验研究（《结构强度研究》）；文献1中对大力神IV有效载荷整流罩（内部包含了卡西尼号飞船）原模型进行了整流罩内部振动噪声测试，通过在整流罩内侧铺设声学毯进行了相关减振降噪实验，并提出了相应合理的降噪方案，但该方法仅仅适用于整流罩等结构设计、加工之后，需将整个结构组装起来，整个结构复杂庞大，使得对试验中使用的混响室有着比较特殊的要求（一般的混响室可能容不下整个结构），试验中的外部激励（声和振动）也会由于结构的巨大而增加实验设备的投入，1:1的原始模型同样也增加了声学材料的投入；文献2中是采用自行搭建的机身声学试验平台进行的相关结构的声学特性的研究，但该试验装置采用的是真实的机身，对一般的科研单位是难以获取的，另外机身与整流罩的边界条件，结构连接形式等等都有所不同。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服上述已有技术所存在的不足，利用自行搭建的简易试验平台，最大程度的模拟整流罩的真实而复杂的振动噪声环境，只考虑振动噪声比较严重的圆柱段，简化研究问题的复杂程度，通过在圆柱段内部敷设不同的声学材料，研究其减振降噪效果，为原模型的减振降噪的声学处理提供依据，也为仿真优化提供实验对比与验证。

本发明采取的技术方案是：一种卫星整流罩减振降噪简易实验装置，包括模拟整流罩、声激励电路、力激励电路和数据采集电路，所述模拟整流罩包括筒体和两端的筒盖，所述筒体由铝板卷制而成，所述筒盖采用木板制成，在筒盖内侧加工有与筒体嵌入装配的凹槽；所述声激励电路包括依次连接的电脑、双通道图示均衡器、功率放大器Ⅰ、音箱，所述力激励电路包括依次连接的电脑、功率放大器Ⅱ和激振器；所述数据采集电路包括数据采集前端以及麦克风和加速度传感器，所述麦克风通过支架对称安装在模拟整流罩的内、外侧，麦克风与筒体的距离一般为8～12cm，所述加速度传感器对称安装在模拟整流罩位于麦克风上部和下部的筒壁上，所述数据采集前端的一端通过电脑USB接口与电脑的数据分析软件连接，麦克风和加速度传感器各自通过电缆连接到数据采集前端对应信号端口；所述上、下部加速度传感器之间的筒壁上设激励点A，所述激励点A连接激振器的输出端；所述音箱安装在模拟整流罩正前方1m处。

其进一步的技术方案是：所述筒体与筒盖嵌接部位采用丁基橡胶或者油泥进行密封。 

其更进一步的技术方案是：所述双通道图示均衡器采用2×31段双通道图示均衡器，通过开关转换选择其中的12dB/6dB的提升和衰减模式、实现音频信号微/粗调的快速调节：开关按下为6dB，开关弹起为12db。

所述音箱采用2只12寸、具有二分频的全频音箱，包含一个12寸低音单元和一个44钛高音，其宽频率为50-20KHz，最大声压级为126dB，2只音箱分别向内倾斜10o～25o。

 

由于采用上述技术方案，本发明之一种卫星整流罩减振降噪简易实验装置具有以下有益效果：

1.本发明采用了理论计算、实验与仿真相结合的方法，理论计算为简单的实验和仿真提供理论依据和参考，实验为仿真提供模型和声学处理效果的验证，仿真为实验方案提供参考，使得声学材料的仿真优化与理论计算变得简单，从而大大缩短了整流罩降噪处理的生产周期；（本发明通过分别铺设声学参数已知的吸音棉和声学参数未知的声学材料，通过实验测试，理论计算，就能通过与已知数据进行对比就能得到其相应声学参数）；同时可以为通过研究结构相似的缩小模型的声学特性、减振降噪提供指导；

2.本发明基于量纲分析和相似原理，并只考虑振动噪声比较严重的圆柱段，建立卫星整流罩的缩小模型，可以在产品设计初期就进行相应的声学分析，相比原模型较小，这样在进行前期的声学处理中，可大幅地减少声学材料的采购和使用成本；

3.本发明之一种卫星整流罩减振降噪简易实验装置设备投入少，对实验环境要求不高，可以在开阔的户外或者半消声室中进行实验，设备安全可靠，操作简单，可重复性强，实验效果明显，节约人力、物力成本。

下面结合附图和实施例对本发明之一种卫星整流罩减振降噪简易实验装置的技术特征作进一步的说明。

附图说明

图1：本发明之一种卫星整流罩减振降噪简易实验装置原理框图；

图2：本发明之一种卫星整流罩减振降噪简易实验装置电路连接图；

图3：模拟整流罩筒体结构示意图：

图4：模拟整流罩筒盖结构示意图。

图中：100—电脑， 101—双通道图示均衡器，102—功率放大器Ⅰ，103—音箱，104—功率放大器Ⅱ，105—激振器， 106—数据采集前端， 2—模拟整流罩，21—筒盖， 211—凹槽，22—筒体，3—麦克风，4—加速度传感器，D—凹槽宽度。

具体实施方式

实施例

一种卫星整流罩减振降噪简易实验装置，包括模拟整流罩、声激励电路、力激励电路和数据采集电路，所述模拟整流罩2包括筒体22和两端的筒盖21，所述筒体由铝板卷制而成，所述筒盖采用木板制成，在筒盖内侧加工有与筒体嵌入装配的凹槽211；所述声激励电路包括依次连接的电脑100、双通道图示均衡器101、功率放大器Ⅰ102、音箱103，所述力激励电路包括依次连接的电脑100、功率放大器Ⅱ104和激振器105。

所述数据采集电路包括数据采集前端106以及麦克风3和加速度传感器4，所述麦克风通过支架对称安装在模拟整流罩的内、外侧，麦克风与筒体的距离一般为8～12cm，所述加速度传感器对称安装在模拟整流罩位于麦克风上部和下部的筒壁上，所述数据采集前端106的一端通过电脑USB接口与电脑100的数据分析软件连接，麦克风和加速度传感器各自通过电缆连接到数据采集前端106对应信号端口；所述上、下部加速度传感器之间的筒壁上设激励点A，所述激励点A连接激振器105的输出端；所述音箱安装在模拟整流罩正前方1m处。

所述筒体与筒盖嵌接部位采用丁基橡胶或者油泥进行密封；所述双通道图示均衡器采用2×31段双通道图示均衡器，通过开关转换选择其中的12dB/6dB的提升和衰减模式、实现音频信号微/粗调的快速调节：开关按下为6dB，开关弹起为12db；所述音箱采用2只12寸、具有二分频的全频音箱，包含一个12寸低音单元和一个44钛高音，其宽频率为50-20KHz，最大声压级为126dB，2只音箱分别向内倾斜10o～25o。

工作原理

1．声激励通过电脑发出所需的音频信号（音频信号可由电脑分析软件内部自带的信号生成模块或音频编辑软件生成），然后将信号输入到2×31段双通道图示均衡器对音频信号进行调理，然后输入到功率放大器Ⅰ，音频信号通过放大，输入到音箱，驱动音箱播放声音，为了使声场达到理想效果，可以通过均衡器进行调节；

a本发明采用2×31段双通道图示均衡器，可通过开关转换选择其中的12dB/6dB的提升和衰减模式，开关按下为6dB，开关打起为12db,并可通过配有状态指示灯查看转换状态，从而实现音频信号微/粗调的快速调节；

b本发明中音箱根据模拟整流罩缩比模型尺寸选择了两个12寸音箱，将两只音箱调整为合适的角度（向内倾斜10o～25o），将模拟整流罩放在音箱正对的1m处，使得到达模拟整流罩表面声波为平面波且最大声压级能达到125dB以上，为了不仅仅能提供白噪声，也能重现整流罩外场复杂声场，本发明选择的是具有二分频的全频音箱。

2．力激励同样也是通过电脑发出激励信号，通过功率放大器Ⅱ驱动激振器，激振器然后将力加载到模拟整流罩上，然后通过加速度传感器经由数据采集前端反馈到电脑数据分析软件；在实验中，根据反馈的实时信号，可对激励器进行调节，以达到可接受的范围。

   实验步骤

1．模拟整流罩没经过任何声学处理时，仅仅通过电脑输出激励力信号，将麦克风和加速度传感器测得的实时信号反馈到电脑分析软件中进行分析，测得模型的结构辐射噪声（模拟整流罩的固有特性）；

2.模型没经过任何声学处理时，仅仅通过电脑输出音频信号，将麦克风和加速度传感器测得的实时信号反馈到电脑分析软件中进行分析，就知道结构的隔音特性；

3．模拟整流罩没经过任何声学处理时，对模拟整流罩同时加入声激励和力激励，将麦克风和加速度传感器测得的实时信号反馈到电脑分析软件中进行分析，可测的结构的声振特性；

4．通过在缩小模型内部敷设不同的声学材料，研究其在仅仅有声激励、仅仅有力激励和同时有两种激励下模型的声学特性；（本发明提出通过在模拟整流罩内部铺设声学特性已知的某型号吸音棉，获得相关测量数据后，在模拟整流罩内部铺设声学参数未知的声学材料，进行实验测试，并与前面的吸音棉测量数据进行对比，就能得到声学参数未知的声学材料的声学参数）；

5.通过铺设不同种类，不同组合的声学材料，获取相应数据并进行分析，提出几组最优方案，为整流罩的减振降噪提供指导。

以上为本发明的较佳实施方案之一，但本发明的技术方案并不仅仅局限于此，在实验中，所述模拟整流罩的大小可根据实际情况而定，从而音箱以及功率放大器的规格也是随之改变；麦克风和加速度传感器的设置数目也是根据实际情况而增减。

Claims (4)

1.一种卫星整流罩减振降噪简易实验装置，其特征在于：包括模拟整流罩、声激励电路、力激励电路和数据采集电路，所述模拟整流罩（2）包括筒体（22）和两端的筒盖（21），所述筒体由铝板卷制而成，所述筒盖采用木板制成，在筒盖内侧加工有与筒体嵌入装配的凹槽（211）；

所述声激励电路包括依次连接的电脑（100）、双通道图示均衡器（101）、功率放大器Ⅰ（102）、音箱（103），所述力激励电路包括依次连接的电脑（100）、功率放大器Ⅱ（104）和激振器（105）；

所述数据采集电路包括数据采集前端（106）以及麦克风（3）和加速度传感器（4），所述麦克风通过支架对称安装在模拟整流罩的内、外侧，麦克风与筒体的距离一般为8～12cm，所述加速度传感器对称安装在模拟整流罩（2）位于麦克风上部和下部的筒壁上，所述数据采集前端（106）的一端通过电脑USB接口与电脑（100）的数据分析软件连接，麦克风和加速度传感器各自通过电缆连接到数据采集前端（106）对应信号端口；

所述上、下部加速度传感器之间的筒壁上设激励点A，所述激励点A连接激振器（105）的输出端；所述音箱安装在模拟整流罩正前方1m处。

2.根据权利要求1所述的一种卫星整流罩减振降噪简易实验装置，其特征在于：所述筒体（22）与筒盖（21）嵌接部位采用丁基橡胶或者油泥进行密封。

3.根据权利要求1或2所述的一种卫星整流罩减振降噪简易实验装置，其特征在于：所述双通道图示均衡器（101）采用2×31段双通道图示均衡器，通过开关转换选择其中的12dB/6dB的提升和衰减模式、实现音频信号微/粗调的快速调节：开关按下为6dB，开关弹起为12db。

4.根据权利要求3所述的一种卫星整流罩减振降噪简易实验装置，其特征在于：所述音箱采用2只12寸、具有二分频的全频音箱，包含一个12寸低音单元和一个44钛高音，其宽频率为50-20KHz，最大声压级为126dB，2只音箱分别向内倾斜10o～25o。