CN104210645B - 飞机隔声壁板 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种飞机隔声壁板，其包括位于外侧的蒙皮、位于内侧的内饰板以及位于所述蒙皮和所述内饰板之间的隔音隔热棉，其中，所述飞机隔声壁板还包括位于所述隔音隔热棉和所述内饰板之间的声子晶体材料层。本发明的飞机隔声壁板可以在重量和空间基本不增加的条件下，增加隔音隔热棉的有效吸声厚度，从而改善隔音隔热棉的整体吸声效果。
Description
技术领域
本发明属于民用飞机工程降噪技术领域，具体涉及一种基于局部共振声子晶体降噪技术的飞机隔声壁板。
背景技术
随着技术发展和市场竞争，商用飞机对安静的客舱环境越来越重视，不断追求低噪声的舱内环境。然而，由于飞机空间、重量的双重限制，飞机舱内噪声的降噪技术一直是飞机设计的难点。
一般飞机舱内降噪技术都是基于吸声原理，隔声原理，隔振原理以及上述隔声隔振方法的组合形式来实现的。吸声降噪技术和隔声降噪技术普遍都是通过增加隔声材料密度或者厚度实现，而隔振则主要依靠通过安装隔振器来实现。
如图1中所示，从舱外(左侧)到舱内(右侧)的方向，传统的飞机壁板隔声的组合形式基本为：蒙皮1→阻尼层4→隔音隔热棉3→内饰板2。实现上述降噪技术的前提是：要么需要一定的空间来填充吸音材料，要么牺牲一定的重量来达到降噪效果，或空间和重量两者都需要，这正是在飞机设计过程中尽量要避免的问题。
发明内容
本发明在传统飞机隔声壁板的基础上，针对传统飞机壁板在隔声方面的受重量和空间的双重限制而产生的隔声缺陷，利用声子晶体这一特殊的功能材料或结构对弹性波具有低透射高反射的特性，提出了一种新型的飞机隔声壁板组合形式：蒙皮→隔音隔热棉→声子晶体材料层→内饰板。既克服了空间重量的限制，也提高了飞机壁板的整体隔声效果。
根据本发明的飞机隔声壁板包括位于外侧的蒙皮、位于内侧的内饰板以及位于所述蒙皮和所述内饰板之间的隔音隔热棉，其中，所述飞机隔声壁板还包括位于所述隔音隔热棉和所述内饰板之间的声子晶体材料层。
其中，所述声子晶体材料层包括基体、多个集中质量块和弹性膜，所述集中质量块由所述弹性膜包覆并连接到所述基体。
其中，所述基体由复合材料或者金属材料制成。
其中，所述基体由塑料材料制成。
其中，所述集中质量块由金属材料制成。
其中，所述弹性膜由橡胶材料制成。
其中，所述声子晶体材料层通过双面胶或呢绒搭扣粘贴在所述内饰板上。
其中，所述声子晶体材料层通过支架安装在所述隔音隔热棉和所述内饰板之间
其中，所述声子晶体材料层与所述隔音隔热棉一体形成。
采用此新型飞机隔声壁板组合形式可以在重量和空间基本不增加的条件下，增加隔音隔热棉的有效吸声厚度，从而改善隔音隔热棉的整体吸声效果。而且，局部共振声子晶体的隔声频率具有窄带宽、可设计性，在指定频段隔声效果突出，配合隔音隔热棉可以实现全频段的隔声、吸声效果。
附图说明
本发明的其它特征以及优点将通过以下结合附图详细描述的优选实施方式更好地理解，其中：
图1示出了根据现有技术的飞机隔声壁板的部分剖视图；
图2示出了根据本发明的飞机隔声壁板的部分剖视图；
图3示出了根据本发明的飞机隔声壁板的声子晶体材料层示意图；
图4示出了根据本发明的飞机隔声壁板的声波传递衰减示意图；以及
图5示出了根据发明的飞机隔声壁板的实体装机状态。
图6示出了二维声子晶体的理论模型示意图。
具体实施方式
在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本发明一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本发明的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本发明的所有实施例。可以理解，在不偏离本发明的范围的前提下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。
在以下的具体描述中，方向性的术语，例如“前”、“后”“左”、“右”、“外侧”、“内侧”等，参考附图中描述的方向使用。本发明的实施例的部件可被置于多种不同的方向，方向性的术语是用于示例的目的而非限制性的。
如图2-5所示，根据本发明的飞机隔声壁板包括位于外侧的蒙皮10、位于内侧的内饰板20以及位于蒙皮10和内饰板20之间的隔音隔热棉30和声子晶体材料层40，声子晶体材料层40位于隔音隔热棉30和内饰板20之间。声子晶体材料层40包括基体41、多个集中质量块42和弹性膜43，集中质量块42由弹性膜43包覆并连接到基体41。
图4中示出了声波从舱外传递至舱内的具体传递衰减。鉴于局部共振声子晶体的隔声性能，本发明使用局部共振声子晶体材料层替代阻尼层与隔音隔热棉组合使用，可以实现在基本不占用更多空间和不增加重量的前提下，使声音穿过隔音隔热棉30之后遇到声子晶体材料层40形成反射，再次穿过隔音隔热棉30被吸收。如此反复多次，可增加隔音隔热棉的有效吸声厚度，从而提高隔音隔热棉的吸声效果。
图6示出了二维声子晶体的理论模型示意图，振动频率计算如下：
其中，K是弹性膜43的刚度，M是集中质量块42的质量，K有效是弹性膜43的有效刚度，M有效是集中质量块42的有效质量。
本发明用声子晶体材料层替代传统飞机壁板中的阻尼层，并按新型壁板的构型布置，既可以减少牺牲重量的代价，又可以改善隔声效果，阻尼层与声子晶体材料层的参数对比见下表。
| 阻尼层 | 声子晶体 | |
| 厚度 | 2-5mm | ＜10mm |
| 面密度 | 4.2kg/m2 | 1～1.5kg/m2 |
| 隔声贡献量 | 3dB | 5-10dB |
声子晶体的隔声频段具有可设计性，与隔音隔热棉配合使用可以实现全频段隔声、吸声效果，实现飞机壁板的隔声效果“可定制性”。
与现有技术的壁板相比，本发明的新型隔声壁板组合形式可以在重量和空间基本不增加的条件下，增加隔音隔热棉的有效吸声厚度，从而改善隔音隔热棉的整体吸声效果。并且局部共振声子晶体的隔声频率具有窄带宽、可设计性，在指定频段隔声效果突出，配合隔音隔热棉可以实现全频段的隔声、吸声效果。
声子晶体的降噪效果不依赖于材料，而是以构型为基础，材料可直接选用目前在飞机通过合格鉴定的材料，即弹性膜43可选弹性较好的橡胶材料，基体41可选刚度较大的塑料材料、复合材料或者金属材料，集中质量块42可选密度较大的金属材料，且对加工制造精度的要求不高，因此从声子晶体的加工制造方面考虑易于操作。
根据目前隔音隔热棉的设计特点，本发明采用以下三种安装方式来安装声子晶体材料层：
通过自身粘性固定于内饰板外侧，即将声子晶体材料层靠近内饰板的一侧采用双面胶或者呢绒搭扣的形式直接粘贴在内饰板靠近蒙皮的一侧；
采用支架安装在隔音隔热棉和内饰板之间，根据声子晶体材料层的具体结构形态，设计可以铆接在结构隔框上的支架用来实现声子晶体材料层的安装；
与隔音隔热棉做成一体并按隔音隔热棉的安装方式固定，即尽量简化声子晶体材料层的结构和组成，从分充分利用隔音隔热棉包覆膜作为声子晶体材料层的弹性膜，设计与隔音隔热棉构型匹配的声子晶体材料层，并在制造过程中将声子晶体材料层与隔音隔热棉组装成一个实体，然后按照隔音隔热棉目前的安装方式进行安装。
本发明在传统飞机隔声壁板的基础上，针对传统飞机壁板在隔声方面的受重量和空间的双重限制而产生的隔声缺陷，利用声子晶体这一特殊的功能材料或结构对弹性波具有低透射高反射的特性，提出了一种新型的飞机隔声壁板组合形式：蒙皮→隔音隔热棉→声子晶体材料层→内饰板。既克服了空间重量的限制，也提高了飞机壁板的整体隔声效果。
以上已揭示本发明的具体实施例的技术内容及技术特点，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公开的各种特征和未在此明确示出的特征的组合作各种变化和改进，但都属于本发明的保护范围。上述实施例的描述是示例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 (8)
1.一种飞机隔声壁板，其包括位于外侧的蒙皮(10)、位于内侧的内饰板(20)以及位于所述蒙皮(10)和所述内饰板(20)之间的隔音隔热棉(30)，其特征在于，所述飞机隔声壁板还包括位于所述隔音隔热棉(30)和所述内饰板(20)之间的声子晶体材料层(40)，所述声子晶体材料层(40)包括基体(41)、多个集中质量块(42)和弹性膜(43)，所述集中质量块(42)由所述弹性膜(43)包覆并连接到所述基体(41)。
2.根据权利要求1所述的飞机隔声壁板，其特征在于，所述基体(41)由复合材料或者金属材料制成。
3.根据权利要求1所述的飞机隔声壁板，其特征在于，所述基体(41)由塑料材料制成。
4.根据权利要求1所述的飞机隔声壁板，其特征在于，所述集中质量块(42)由金属材料制成。
5.根据权利要求1所述的飞机隔声壁板，其特征在于，所述弹性膜(43)由橡胶材料制成。
6.根据权利要求1所述的飞机隔声壁板，其特征在于，所述声子晶体材料层(40)通过双面胶或呢绒搭扣粘贴到所述内饰板(20)。
7.根据权利要求1所述的飞机隔声壁板，其特征在于，所述声子晶体材料层(40)通过支架安装在所述隔音隔热棉(30)和所述内饰板(20)之间。
8.根据权利要求1所述的飞机隔声壁板，其特征在于，所述声子晶体材料层(40)与所述隔音隔热棉(30)一体形成。
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