CN104064175A - 仿生降噪膜片 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种仿生降噪膜片。该仿生降噪膜片包括：下层膜片，由柔性材料制备，其上表面具有微支柱阵列；以及上层膜片，由柔性材料制备，固定于微支柱阵列中各微支柱的上方，其表面形成有通孔，上层膜片和下层膜片之间形成空腔，该空腔的高度介于10μm～1mm之间。本发明仿生降噪膜片可以贴在不规则的物体表面，可以有效降低其在高速运动过程中的空气动力性噪声。

Description

仿生降噪膜片

技术领域

本发明涉及流体力学技术领域，尤其涉及一种仿生降噪膜片。

背景技术

近年来，随着我国经济的快速增长，汽车保有量迅速增加，车辆噪声污染日益严重。车辆噪声由多种噪声源产生，归结起来主要有发动机噪声、进排气噪声、传动系噪声、轮胎噪声以及气动噪声。随着车辆技术的发展，车辆噪声控制在不同时期研究重点亦不同。在车辆噪声控制的初期，由于车速不高以及设计制造水平较低，发动机噪声、排气噪声和传动系噪声是主要的噪声源。经工程师们的不断努力，这些噪声首先得到了有效控制。之后，车速逐步提高，轮胎噪声凸显出来，成为了研究的重点。又经过工程师们的多年努力，对轮胎噪声的控制也取得了较为满意的成果。随着上述噪声逐步得到了有效的控制，以及车速的进一步提高，气动噪声已成为高速车辆的主要噪声源之一，并明显地影响到车辆的总噪声值。

航空事业也同样取得了飞速的发展，尤其是最近二三十年间，飞机数量迅猛增加，飞机的尺寸越来越大，声音越来越吵，机场周边的居民对飞机的噪声越来越难以忍受。随着发动机降噪技术的发展，现代飞机的发动机噪声已经与机体噪声处于同一量级，甚至在飞机降落过程中，机体噪声已经超过发动机噪声，成为了主要的噪声源。不仅如此，许多机场都对航空运输每天所产生的噪音量有限制，如果可以减低噪音，那么就可以增加在这里起飞和降落的航班数量，这对于这些机场来说是非常必需的。

目前，现有技术亟需一种有效且成本低的控制噪声的方法，以满足上述场景的修改。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种仿生降噪膜片，以减低高速运动物体所产生的噪声。

(二)技术方案

本发明仿生降噪膜片包括：下层膜片，由柔性材料制备，其上表面具有微支柱阵列；以及上层膜片，由柔性材料制备，固定于微支柱阵列中各微支柱的上方，其表面形成有通孔，上层膜片和下层膜片之间形成空腔，该空腔的高度介于10μm～1mm之间。

(三)有益效果

本发明仿生降噪膜片可以贴在不规则的物体表面，如高速车辆和飞机表面，可以有效降低其高速运动过程中的空气动力性噪声。

附图说明

图1为根据本发明实施例仿生降噪膜片的结构示意图；

图2为图1所示仿生降噪膜片中下层膜片的示意图；

图3为图1所示仿生降噪膜片中上层膜片的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。

猫头鹰是鸮类的俗称，是鸟类中著名的捕鼠专家。它在飞行过程中几乎无声音产生，使听觉十分灵敏的鼠类对它防不胜防，因而被誉为自然界夜间的“隐形飞行器”。根据对长耳鸮(鸮类中的一种)的研究(孙少明，任露泉，徐成宇，《长耳鸮皮肤和覆羽耦合吸声降噪特性研究》，发表于《噪声与振动控制》)，长耳鸮皮肤明显可分为三层，即表皮层、真皮层、皮下组织层。长耳鸮皮肤表皮层很薄且覆有一层类似蜡质的物质，真皮层组织疏松，交错分布，有许多微管状小孔，放大225倍观察到长耳鸮皮肤真皮层与皮下组织之间有薄空腔存在，空腔平均宽度为50微米。长耳鸮的覆羽层柔软蓬松，单根羽毛上羽枝沿羽轴相互松散扣覆，羽毛间存在较均匀的空气间隙。其覆羽和皮肤表面之间分布有很密实的绒毛，单根绒毛直径约40微米。长耳鸮皮肤的毛孔和皮下空腔结构共同形成了独特的耦合吸声降噪结构。

仿照长耳鸮的独特皮下空腔与柔性皮肤组合而成的耦合吸声降噪结构，本发明提出了一种仿生降噪膜片，可用于降低在空气介质中运动的物体产生的气动噪声。

在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种仿生降噪膜片。图1为根据本发明实施例仿生降噪膜片的结构示意图。如图1所示，本实施例仿生降噪膜片包括：下层膜片，由柔性材料制备，其上表面具有微支柱阵列；上层膜片，由柔性材料制备，固定于微支柱阵列中各微支柱的上方，其表面形成有通孔，该通孔的直径介于10μm～1mm之间，上层膜片和下层膜片之间形成空腔，该空腔的高度介于10μm～1mm之间。

以下对本实施例仿生降噪膜片进行详细说明。

就整体而言，该仿生降噪膜片的尺寸可大可小，视应用场景而定。对于计算机配件中需要降噪的场景，该仿生降噪膜片的尺寸可以为几平方厘米。而对于飞机发动机的应用场景，该仿生降噪膜片的尺寸可以延伸至几十平方米。因此，本发明并不对仿生降噪膜片的整体尺寸进行限制。

上层膜片和下层膜片均由柔性材料制备，该柔性材料一般定义为杨氏模量小于10GPa的材料，例如：塑料、橡胶等材料。优选地，上层膜片和下层膜片由聚酰亚胺或PDMS(聚二甲基硅氧烷)材料制备。上层膜片和下层膜片的厚度均介于10μm～1mm之间。

图2为图1所示仿生降噪膜片中下层膜片的示意图。如图2所示，下层膜片的微小支柱阵列用于实现两层膜片之间由于膜片的柔性而不易固定的空腔距离，从而实现对两层膜片有效的支撑。该微柱支撑阵列无特殊要求，可以起到稳定的支撑作用即可，但须尽量细且稀疏，以便充分发挥空腔的作用。

其中，微小支柱的高度，即由该微小支柱支撑而形成的空腔的高度为微米级，介于10μm～1mm之间。其中，微小支柱可以是任何形状的柱状结构，即其横截面可以是圆形、椭圆形、正方向、梯形等各种形状。在本发明优选的实施例中，微小支柱为圆柱，其横截面为直径介于10μm～1mm之间的圆形。

图3为图1所示仿生降噪膜片中上层膜片的示意图。如图3所示，上层膜片开孔的尺寸为微米级，约从数十微米至数百微米。上层膜片开孔之间的距离也为微米级，约从数十微米至数百微米。

本实施例中，上层膜片通孔为圆形孔，但本发明并不以此为限，该通孔还可以为椭圆形、矩形、正方形、梯形、三角形等各种形状，均能够实现本发明，只要其横向延展的尺寸介于10μm～1mm之间即可。

请参照图1，上层膜片和下层之间形成空腔，上层膜片提供降噪所需微孔，下层膜片提供支撑空腔的微小支柱阵列。该仿生降噪膜片的下层膜片可以贴在不规则的物体表面，如高速车辆和飞机表面，可以有效降低其运动过程中的空气动力性噪声。

以下给出本实施例仿生降噪膜片的各个参数。请参照图1、图2和图3，b为上层膜片的孔间距，d为上层膜片的孔径，D为空腔距离，t为膜片厚度。在b＝400μm，d＝100μm，t＝290μm，D＝50μm的条件下，经测量，在5m/s，10m/s，15m/s，20m/s的风速下，相对于光滑硅片，本发明分别将气动噪声声强级降低了1.9％，2.4％，8.0％，6.4％。

至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明仿生降噪膜片有了清楚的认识。

此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

综上所述，本发明仿生降噪膜片可以贴在不规则的物体表面，如高速车辆和飞机表面，可以有效降低其运动过程中的空气动力性噪声。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种仿生降噪膜片，其特征在于，包括：

下层膜片，由柔性材料制备，其上表面具有微支柱阵列；以及

上层膜片，由柔性材料制备，固定于微支柱阵列中各微支柱的上方，其表面形成有通孔，上层膜片和下层膜片之间形成空腔，该空腔的高度介于10μm～1mm之间。

2.根据权利要求1所述的仿生降噪膜片，其特征在于，所述上层膜片表面通孔的形状为圆形、椭圆形、矩形、正方形、梯形或三角形，其横向延展的尺寸介于10μm～1mm之间。

3.根据权利要求2所述的仿生降噪膜片，其特征在于，所述上层膜片表面通孔的形状为圆形，其直径介于10μm～1mm之间。

4.根据权利要求1所述的仿生降噪膜片，其特征在于，所述上层膜片表面通孔之间的间距介于10μm～1mm之间。

5.根据权利要求1所述的仿生降噪膜片，其特征在于，所述上层膜片和下层膜片的厚度介于10μm～1mm之间。

6.根据权利要求1所述的仿生降噪膜片，其特征在于，所述下层膜片上表面微支柱阵列中微支柱横截面的形状为圆形、椭圆形、矩形、正方形、梯形或三角形，其横向延展的尺寸介于10μm～1mm之间。

7.根据权利要求6所述的仿生降噪膜片，其特征在于，所述下层膜片上表面微支柱阵列中微支柱横截面的形状为圆形，其直径介于10μm～1mm之间。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的仿生降噪膜片，其特征在于，所述上层膜片和下层膜片均由杨氏模量小于10GPa的柔性材料制备。

9.根据权利要求8所述的仿生降噪膜片，其特征在于，所述上层膜片和下层膜片均由聚酰亚胺材料或聚二甲基硅氧烷材料制备。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的仿生降噪膜片，其特征在于，在使用状态下，所述下层膜片的下表面贴合于待降噪物体的表面。