CN108443060A - 一种风力机叶片气动噪声降噪方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风力机叶片气动噪声降噪方法，在叶片的后缘利用吸声材料随厚度变薄的阻抗渐变属性来抑制高速来流气体在叶片后缘附近产生的质点振动，从而减弱声音的衍射并实现噪声的降低。本发明采用了主动降噪技术，从根本上去除噪声源，降噪效果明显；不需要改变风力机叶片外形，不影响叶片的气动性能。对叶片后缘结构进行改进设计，工艺简单，费用低，便于一体化设计，可规模化生产。
Description
技术领域
本发明属于翼型气动噪声抑制技术领域，具体涉及风力机叶片、直升机螺旋桨桨叶以及飞机机翼等翼型的降噪装置。
背景技术
安全环保和高品质作为新世纪机械工程领域发展的一个重要主题和聚焦点之一，成为了驱动噪声问题研究与应用得以快速发展的内在动力。噪声在人类工业文明中属于第三大污染源，按照噪声源的物理特性分类可分为气动噪声、机械噪声和电磁性噪声，其中气动噪声占有相当大的比重。在飞机和叶轮机械等涉及流动的工程设备中，气动噪声现象十分普遍，例如：风力发电机、压缩机、通风机等的叶片，直升机螺旋桨的桨叶，以及各类飞行器机翼等在后缘部位产生的噪声。因此，翼型后缘噪声成为了噪声领域一个重要的研究热点之一。
FfowcsWilliams和Hall从理论的角度对后缘噪声进行了实质性研究，并指出在低马赫数（Ma<1.0）的来流条件下，后缘噪声声辐射强度与气流流速成6次方比例。可以看出，翼型后缘噪声是伴随风力机叶片和螺旋桨旋叶运转以及飞机飞行的整个过程中主要噪声源之一，所以为了进一步降低总噪声和实现未来的无声飞机，以及提升客户人员的舒适性，降低翼型后缘噪声具有十分重要的意义。
截至目前，根据翼型后缘噪声的产生机理，人们已经发展出了一些相对应的措施来实施降噪，主要有刷状后缘、多孔表面和锯齿结构后缘三种措施。然而，这些已有结构的后缘虽然在一定程度上对噪声有较好的抑制效果，但由于改变了原来叶片后缘的外形结构，故会影响翼型表面的气动性能。因此，采用刷状、多孔表面以及锯齿结构的后缘在结构上仍亟需改进。
发明内容
本发明的目的是根据渐变阻抗的吸声材料可以通过抑制边缘附近质点的振动速度来减弱声音衍射实现噪声抑制的效果，设计出将渐变阻抗材料运用在翼型后缘上的装置来对后缘噪声进行降噪。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种风力机叶片气动噪声降噪方法，在叶片的后缘利用吸声材料随厚度变薄的阻抗渐变属性来抑制高速来流气体在叶片后缘附近产生的质点振动，从而减弱声音的衍射并实现噪声的降低。
在上述技术方案中，所述叶片包括叶片主体和叶片后缘，叶片主体和叶片后缘的外表面为一整体渐变结构。
在上述技术方案中，所述叶片后缘包括支撑框架、设置在支撑框架表面的透声材料和设置在支撑框架内的吸声材料，还包括用于与叶片主体进行连接的连接结构。
在上述技术方案中，所述支撑框架为板材结构，在板材结构上设置有若干个通孔，支撑框架内的空间与叶片主体一致为渐变结构。
在上述技术方案中，所述透声材料具有过滤气流的特性，允许声音透过的特性。
在上述技术方案中，所述透声材料为凯芙拉布，覆盖在支撑框架的表面。
在上述技术方案中，所述吸声材料均匀填充在支撑框架内，吸声材料可以为玻璃棉、普通海绵、聚酯纤维中的一种或多种组合。
在上述技术方案中，所述叶片后缘所占叶片的弦长根据降噪的需求可以进行改变。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
通过在风力机高速运转的叶片后缘采用阻抗渐变结构，利用吸声材料随厚度变薄的阻抗渐变属性来有效抑制高速来流气体在叶片后缘附近产生的质点振动，从而减弱声音的衍射并实现噪声的降低效果；本发明采用了主动降噪技术，从根本上去除噪声源，降噪效果明显；不需要改变风力机叶片外形，不影响叶片的气动性能。对叶片后缘结构进行改进设计，工艺简单，费用低，便于一体化设计，可规模化生产。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明从中部剖视的示意图；
图3为本发明后缘部位的局部放大示意图；
其中：1是凯芙拉布，2是穿孔板，3是吸声材料，4是叶片主体。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本发明中的后缘一改传统的光滑结构和锯齿状结构，采用渐变的吸声结构来实现降噪。在风力机高速运转的叶片后缘采用阻抗渐变结构，利用吸声材料随厚度变薄的阻抗渐变属性来有效抑制高速来流气体在叶片后缘附近产生的质点振动，从而减弱声音的衍射并实现噪声的降低效果。
实施例一
如图1 所示，为叶片的整体结构，整体结构采用渐变结构；分为叶片主体和叶片后缘，叶片主体与叶片后缘之间通过连接结构连接为一体，如图2所示。连接结构采用内连接方式，使得叶片主体与叶片后缘固定连接，保证叶片主体和叶片后缘的表面光滑渐变。
本例中，阻抗渐变结构的采用是解决叶片后缘噪声问题的根本，其从外到里分别由外部表面的透声材料、中间的支撑框架、内部填充的吸声材料构成；透声材料具有智能透过声音但是不能透过气流的特性，本例中选用凯芙拉布作为透声材料，不但具有良好的透声特性，而且还具有良好的延展性和抗拉伸性，不容易被高速气流吹烂。支撑框架选用板材结构，然后在板材上设置有若干个通孔，使得声音能从通孔中穿过。内部填充的吸声材料，其可以为玻璃棉、普通海绵、聚酯纤维等具有良好吸声系数的吸声体材料，通过均匀的填充在穿孔板内部。
本例中，如图3所示，外部表面的凯芙拉布，其厚度为0.1mm，覆盖在穿孔板外表面，利用它透声不透气的特性，在不明显影响叶片表面气动性能的情况下，将声音透射过去；中间的穿孔板，其厚度为1mm，外表面进行阳极化处理。内部的吸声材料利用其随厚度变薄的阻抗渐变属性来有效抑制高速来流气体在叶片后缘附近产生的质点振动，从而实现噪声的抑制效果。
方案中，当风力机叶片高速运转时，相对于叶片而言，空气会以很高的来流速度从叶片外表面快速流过，并在叶片后缘处重新汇聚，从而产生很强的噪声远场辐射。噪声的产生伴随着空气的质点振动，这种质点振动可以轻松的透过凯夫拉布，但空气气流却无法从凯夫拉布透过去，即：利用凯夫拉布透声不透气的特性，在不影响气动性能的情况下，将噪声透射过去。然后，噪声所引起的质点振动可以通过穿孔板的孔隙进入到吸声材料内部，这时吸声材料便可以利用其随厚度变薄的阻抗渐变属性来有效抑制高速来流气体在叶片后缘附近产生的质点振动，从而实现噪声的降低。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (8)
1.一种风力机叶片气动噪声降噪方法，其特征在于：在叶片的后缘利用吸声材料随厚度变薄的阻抗渐变属性来抑制高速来流气体在叶片后缘附近产生的质点振动，从而减弱声音的衍射并实现噪声的降低。
2.根据权利要求1所属的一种风力机叶片气动噪声降噪方法，其特征在于所述叶片包括叶片主体和叶片后缘，叶片主体和叶片后缘的外表面为一整体渐变结构。
3.根据权利要求2所属的一种风力机叶片气动噪声降噪方法，其特征在于所述叶片后缘包括支撑框架、设置在支撑框架表面的透声材料和设置在支撑框架内的吸声材料，还包括用于与叶片主体进行连接的连接结构。
4.根据权利要求3所属的一种风力机叶片气动噪声降噪方法，其特征在于所述支撑框架为板材结构，在板材结构上设置有若干个通孔，支撑框架内的空间与叶片主体一致为渐变结构。
5.根据权利要求3所属的一种风力机叶片气动噪声降噪方法，其特征在于所述透声材料具有过滤气流的特性，允许声音透过的特性。
6.根据权利要求5所属的一种风力机叶片气动噪声降噪方法，其特征在于所述透声材料为凯芙拉布，覆盖在支撑框架的表面。
7.根据权利要求3所属的一种风力机叶片气动噪声降噪方法，其特征在于所述吸声材料均匀填充在支撑框架内，吸声材料可以为玻璃棉、普通海绵、聚酯纤维中的一种或多种组合。
8.根据权利要求2所属的一种风力机叶片气动噪声降噪方法，其特征在于所述叶片后缘所占叶片的弦长根据降噪的需求可以进行改变。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180824 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |