CN105092202A - 一种z形布置的声学风洞流道 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种Z形布置的声学风洞流道，与测试段相连的扩散段与风扇段之间形成有Z形结构段。所述Z形结构段包括第一弯头、中间直线段以及第二弯头，所述中间直线段与扩散段之间连接有第一弯头及第一过渡段，所述中间直线段与风扇段之间连接有第二弯头及第二过渡段。所述第一弯头的第一转角的角度和所述第二弯头的第二转角的角度均为90°～150°。所述第一弯头和/或第二弯头的内壁面均设置有吸声板。所述中间直线段中还容设有消声叶片组。本发明提供的声学风洞流道，可以起到降低背景噪声的效果，同时，还能够简化消声和隔声措施，降低整体造价和运行费用。

Description

一种Z形布置的声学风洞流道

技术领域

本发明涉及一种声学风洞流道，具体涉及一种Z形布置的声学风洞流道。

背景技术

风洞（windtunnel），是能人工产生和控制气流，以模拟飞行器或物体周围气体的流动，并可量度气流对物体的作用以及观察物理现象的一种管道状实验设备，它是进行空气动力实验最常用、最有效的工具。风洞实验是飞行器研制工作中的一个不可缺少的组成部分。它不仅在航空和航天工程的研究和发展中起着重要作用，随着工业空气动力学的发展，在航海、交通运输、房屋建筑、风能利用等领域更是不可或缺的。

传统的声学风洞是根据空气动力学风洞改进而得来的，用于气动-声学试验的特殊风洞设施，其关键技术问题是如何降低风洞试验段的背景噪声。声学风洞的基本型式分为回流式和直流式，直流式的主要优点是造价低，其通过将扩散段与风扇段之间的风扇前过渡段的直径扩大，进而容设消声叶片。直流式声学风洞流道目前世界上普遍的布置方式为直线布置、L形布置或U形布置，对风扇噪声的动态降噪量约为30dBA-45dBA，可以满足航空领域对声学风洞背景噪声的要求。然而随着技术进步，其他领域要求声学风洞的背景噪声更低，对风扇噪声的动态降噪量要求大于50dB，特别是在100Hz以下的低频。由于受到消声单元最大动态插入损失、气动设计与整体设计的合理性等诸多因素的限制，现有风洞流道布置形式或是无法满足对风扇低频噪声的动态降噪量大于50dB的要求，或是造价和运行成本高，丧失了直流式风洞的意义，无法满足现在低噪声声学风洞的需求。

发明内容

本发明提供一种Z形布置的声学风洞流道，可以很好的降低风洞风扇的噪声，在达到降噪的需求的同时，还可以很好的节约声学风洞的建造和运行成本。

本发明提供一种Z形布置的声学风洞流道，与测试段相连的扩散段与风扇段之间形成有Z形结构段。

所述Z形结构段包括第一弯头、中间直线段以及第二弯头，所述中间直线段与扩散段之间连接有第一弯头，所述中间直线段与风扇段之间连接有第二弯头，所述第一弯头与第二弯头之间连接有中间直线段。

所述第一弯头与所述扩散段之间还连接有用于实现扩散段的圆管形状向第一弯头的方管形状进行转变的第一过渡段。

所述第二弯头与所述风扇段之间还连接有用于实现第二弯头的方管形状向风扇段的圆管形状进行转变的第二过渡段。

所述第一弯头的第一转角的角度和所述第二弯头的第二转角的角度均为90°～150°。

所述第一弯头或第二弯头的内壁面设置有吸声板。

所述第一弯头和第二弯头的内壁面均设置有吸声板。

所述中间直线段中还容设有消声叶片组。

所述第一弯头的转角径向截面位置和第二弯头的转角径向截面位置设置有转角导流片组。

本发明具有的优点：

本发明提供一种Z形布置的声学风洞流道，由于Z形结构布置而设计有两个消声弯头，进而通过形成弯道的方式使噪声衰减，达到降低噪声的目的。同时，Z形结构布置可以使风洞流道的出口远离进口，可以通过距离产生衰减，同时起到降低噪声的作用。另外，本发明还由于Z形结构布置，能够简化声学风洞消声和隔声措施，在达到降噪的需求的同时，还可以降低整体建造和运行成本。

附图说明

图1是本发明提供的Z形布置的声学风洞流道的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本发明提供一种Z形布置的声学风洞流道，如图1所示，其与现有的声学风洞流道的最大区别点就在于，在与测试段连接的扩散段2与风扇段3之间形成有Z形结构段1，通过该Z形结构布置的Z形结构段1取代传统直线布置声学风洞流道的风扇前过渡段，达到很好的降噪的目的。

所述Z形结构段1包括顺次连接的三个部分，即第一弯头101、中间直线段102以及第二弯头103。如图1所示，所述第一弯头101和第二弯头103之间连接有中间直线段102。所述中间直线段102与扩散段2之间连接有第一弯头101，所述第一弯头101具有第一转角，进而作为风洞流道的第一转角。所述中间直线段102与风扇段3之间连接有第二弯头103，所述第二弯头103具有第二转角，进而作为风洞流道的第二转角。通过第一弯头101、第二弯头103的第一转角、第二转角来改变声学风洞流道的整体风流动方向，进而使噪声产生衰减。

所述第一弯头101和第二弯头103均形成为消声弯头，即在第一弯头101和第二弯头103的内壁面上均设置有吸声板，以吸收声学风洞流道内的噪声。且沿着第一弯头101和第二弯头103的转角径向截面位置可设置有转角导流片组105，所述转角导流片组105由多个沿着径向方向相互叠置的转角导流片构成。

所述中间直线段102的内壁面也可安装有吸声板，用于吸收声学风洞流道内的噪声。所述中间直线段102中还容设有消声叶片组104，以降低风扇噪声。每组消声叶片组104均是由多个沿着中间直线段102的径向方向相互叠置的消声叶片构成，当容设有一组消声叶片组104时，可以直接将该一组消声叶片组104设置于中间直线段102的中部位置。当然，也可以沿着所述中间直线段102的轴向方向上下设置有两组以上的消声叶片组104，当设置两组消声叶片组104时，可以分别靠近第一弯头101和第二弯头103的位置设置。

为了便于实现Z形结构段1对声学风洞流道的流道截面积的改变，所述中间直线段102以及所述第一弯头101、第二弯头103一般均采用方管，而风扇段3常规为容设风机采用圆管，而所述与测试段连接的扩散段3一般采用圆管，但也存在采用方管的设计。因此，需要过渡段实现所述第一弯头101与所述扩散段2之间的连接、以及所述第二弯头103与所述风扇段3之间的连接。因此，所述第一弯头101与所述扩散段2之间还连接有用于实现扩散段2的圆管形状向第一弯头101的方管形状进行转变的第一过渡段4。所述第二弯头103与所述风扇段3之间还连接有用于实现第二弯头103的方管形状向风扇段3的圆管形状进行转变的第二过渡段5。这样，通过第一过渡段4和第二过渡段5实现了圆方管之间的转变，最终使本发明可以通过第一弯头101、第二弯头103以及中间直线段102，实现使声学风洞流道的内径由小变大再变小，实现声学风洞流道的截面积的变化。

所述第一过渡段4和第二过渡段5在实现方管、圆管之间的转变时，需要使最终圆管的截面图形为最终方管截面图形的内接圆，即，方管的截面边长等于圆管的截面直径，这样满足实现空气动力学要求。另外，所述Z形结构段1在实现风洞流道面积变化时，要求中间直线段102的截面积为第一弯头101和第二弯头103的出口端截面积的1.5～2倍，所述出口端为对应连接第一过渡段4、第二过渡段5的端口处。优选地，中间直线段102的截面积等于第一弯头101出口端截面积的1.8倍，中间直线段102的截面积等于第二弯头103出口端截面积的1.5倍。

本发明中所述第一弯头101、第二弯头103的第一转角、所述第二转角的转角尺寸优选为90°～150°，即可以使中间直线段102与风洞流道的轴线方向呈30°～90°，这样可以很好的降低噪声，同时，优选地，第一弯头101的第一转角的转角角度与第二弯头103的第二转角的转角角度可以相等也可以不相等，具体根据实际声学风洞流道进行设计即可。

本发明提供的Z形布置的声学风洞流道可以使风扇噪声无法直接地进入试验段消声室；且可以使风扇段远离试验段消声室，同时风洞流道的的进口远离风洞的出口，从各个方向降低了噪声

所述Z形结构段1的结构可以一体成型，且所述材质与声学风洞流道的材质相同，可以采用混凝土流道、钢制流道、混凝土与钢材混合流道或者木制流道。所述Z形布置的声学风洞流道可以根据使用的需要具体沿水平方向布置或者具体沿着竖直方向布置，或者其他方向角度布置均可。

本发明提供的一种Z形布置的声学风洞流道具有以下优点：

1、满足了对风扇低频噪声的动态降噪量大于50dB的要求，同时造价和运行成本低。

在有气流的动态下，消声单元的降噪量会由于气流通过消声单元时产生的气流再生噪声而抵消，出现极限降噪量，即：继续增加消声单元的长度，其动态降噪量也不再增加。在消声单元片（即消声叶片）间风速达到30m/s的情况下，其极限降噪量为22dB。所以无转角和单一转角的直线形流道布置和L形流道布置都不能达到动态降噪量大于50dB的要求。虽然U形流道布置可以达到动态降噪量大于50dB的要求，但由于风扇和出风口等主要噪声源与测试段和进风口等噪声敏感部位的位置接近，需要在出风口增加消声单元、同时需要提高整个系统的隔声能力，从而增加了造价和运行成本，与回流式风洞的造价相当，失去了直流式风洞的优点和存在的意义。而本发明可以在整体造价和运行成本低廉的前提下实现动态降噪量大于50dB的要求。

2、本发明利用Z形布置的两个弯头形成两个连续的消声弯头，使对风扇低频噪声的动态降噪量能够大于50dB。

在Z形流道的两个弯头的内表面安装通带吸声板，形成两个连续的消声弯头，增加了在100Hz以下低频3-5dB的降噪量。使声学风洞流道整体对风扇低频噪声的动态降噪量大于50dB。

3、本发明利用Z形布置的第一弯头降低消声单元位置的流速，同时减少占地和造价。

声学风洞流道内消声单元的极限降噪量是随消声单元片（即消声叶片）间风速的降低而提高的，在片间风速为零的静态下，消声单元的降噪量可以达到24dB。为提高消声单元的极限降噪量，就要加大消声单元所在位置的流道面积，以降低消声单元的片间风速。

一般增大流道面积是通过加过渡段（变径管）的方式，而气动设计要求过渡段的扩张角要小于3度，即：要增加流道截面积3倍，其过渡段的长度为管径的7倍。这就大大增加了风洞的占地和造价。而本发明利用第一弯头实现流道截面积变化，只需要中间直线段的截面积为第一弯头出口端截面积的1.8倍，就可以增加流道截面积1.8倍，而且满足气动设计要求，从而大大减少了风洞的占地和造价。

4、本发明利用Z形布置的第二弯头减小流道面积与风扇尺寸相匹配，同时减少占地和造价。

风扇段所需流道面积一般只有消声单元所需流道面积的1/2。同样地，一般减小流道面积也是通过加过渡段（变径管）的方式，过渡段的收缩角也要小于3度，即：要减小流道截面积1倍，其过渡段的长度为风扇直径的2.3倍；而利用本发明的Z形布置的声学风洞流道的第二弯头实现流道截面积减小，只需要中间直线段的截面积为第二弯头出口端截面积的1.7倍，而且满足气动设计要求，从而减少了风洞的占地和造价。

5、本发明的Z形布置的声学风洞流道使噪声源远离测量段等噪声敏感部位，使消声和隔声措施简化，降低造价和运行成本。

风扇和出风口是直流声学风洞的主要噪声源；而测试段和进风口是直流声学风洞对噪声最为敏感的部位。本发明的Z形布置流道使噪声源远离了噪声敏感部位。由于噪声的距离衰减，使得风扇和出风口在测试段和进风口处产生的噪声大大降低。在进风口与出风口距离60m的情况下，出风口的噪声在进风口位置降低35dB。因此采用本发明可以取消出风口消声器，简化测试段及流道的隔声措施，从而降低造价和运行成本。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (9)

1.一种Z形布置的声学风洞流道，其特征在于，与测试段相连的扩散段与风扇段之间形成有Z形结构段。

2.根据权利要求1所述的Z形布置的声学风洞流道，其特征在于，所述Z形结构段包括第一弯头、中间直线段以及第二弯头，所述中间直线段与所述扩散段之间连接有第一弯头，所述中间直线段与风扇段之间连接有第二弯头，所述第一弯头与第二弯头之间连接有中间直线段。

3.根据权利要求2所述的Z形布置的声学风洞流道，其特征在于，所述第一弯头与所述扩散段之间还连接有用于实现扩散段的圆管形状向第一弯头的方管形状进行转变的第一过渡段。

4.根据权利要求3所述的Z形布置的声学风洞流道，其特征在于，所述第二弯头与所述风扇段之间还连接有用于实现第二弯头的方管形状向风扇段的圆管形状进行转变的第二过渡段。

5.根据权利要求4所述的Z形布置的声学风洞流道，其特征在于，所述第一弯头的第一转角的角度和所述第二弯头的第二转角的角度均为90°～150°。

6.根据权利要求5所述的Z形布置的声学风洞流道，其特征在于，所述第一弯头或第二弯头的内壁面设置有吸声板。

7.根据权利要求5所述的Z形布置的声学风洞流道，其特征在于，所述第一弯头和第二弯头的内壁面均设置有吸声板。

8.根据权利要求6或7所述的Z形布置的声学风洞流道，其特征在于，所述中间直线段中还容设有消声叶片组。

9.根据权利要求8所述的Z形布置的声学风洞流道，其特征在于，所述第一弯头的转角径向截面位置和第二弯头的转角径向截面位置设置有转角导流片组。