CN109665091A - 一种基于渐变多孔的后缘噪声抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于渐变多孔的后缘噪声抑制方法，降噪结构包括仿生对象主体和后缘，其特征在于所述后缘为多孔结构，所述仿生对象主体和后缘为一体的渐变结构，后缘从前至后依次分为若干不同的区域，每个区域均为多孔结构，孔与孔之间相互连通，且噪声属性渐变；通过采用具有渐变特性的多孔材料使得仿生对象后缘部位的属性（如流阻率、孔隙率和声阻抗等）逐渐过渡到后缘下游空气的属性，减弱后缘流动特性的突变，进而达到更好的降噪效果，在噪声控制方面具有普遍推广意义。

Description

一种基于渐变多孔的后缘噪声抑制方法

技术领域

本发明属于噪声抑制领域，具体为一种基于渐变多孔的后缘噪声抑制方法。

背景技术

后缘噪声是广泛存在于各类飞行器机翼和推进系统、旋转机械（如风力机、螺旋桨和风扇）叶片及其它部件后缘的一类噪声。发展有效的后缘噪声抑制措施对提高环保舒适性和结构安全性等有着十分重要的意义。

仿生学通过模仿生物适应自身环境和生存需求的特殊功能来发明创造新的技术装置，为后缘噪声抑制提供了新思路、新理念和新方法。近年来的研究和观测发现，鸮类（俗称猫头鹰）是目前已知的包括人造飞行器和自然界中其它各类飞行物在内的唯一能静音飞行的飞行体，是发展“无声”技术的关键仿生来源。

研究表明，猫头鹰悄无声息地接近猎物的能力归因于其翅膀和羽毛所具有的三个独特的降噪特征：翅膀前缘的锯齿结构、翅膀后缘类似“刘海”的刷毛结构，以及翅膀背部和腿部覆盖的柔软而疏松的羽毛。受猫头鹰静音飞行特征的启发，目前已发展出了前缘锯齿仿生降噪、后缘锯齿仿生降噪、多孔材料仿生降噪和刷毛仿生降噪等相应的噪声抑制措施。

现有的多孔材料仿生降噪方法在应用过程中，是将具有相同属性（如流阻率、孔隙率和声阻抗等）的多孔材料应用于整个仿生对象或贴附在仿生对象的表面。这种情况下，当气流流过仿生对象时，仍然存在物理属性的突变（如流阻率由多孔材料自身的流阻率突变到空气的流阻率0，孔隙率由多孔材料自身的孔隙率突变到空气的孔隙率∞），而这种突变导致的压强差等正是诱发后缘噪声的主要因素。抑制后缘噪声的一个思路是减弱这种突变，因此采用渐变多孔材料会得到更好的降噪效果。

已有类似专利“基于鸮翼的仿生多孔降噪设计方法”（申请号201610982241.X）是在飞行器仿生对象后缘贴附一层多孔材料以期达到降噪的目的，同时多孔材料只有单一的物理属性。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有方法的不足，设计一种基于渐变多孔材料的后缘噪声抑制方法，采用多孔直接作为仿生对象后缘的一部分而存在的，同时多孔材料具有连续或分段渐变的噪声属性，通过渐变多孔材料使得仿生对象后缘部位的属性（如流阻率、孔隙率和声阻抗等）逐渐过渡到后缘下游空气的属性，减弱后缘流动特性的突变而达到降噪的目的。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术手段：

一种基于渐变多孔的后缘噪声抑制方法，仿生对象的后缘采用不同具有渐变特性的多孔材料，使得后缘的噪声属性逐渐过渡到后缘下游空气的属性，减弱后缘流动特性的突变，实现降噪。

在上述技术方案中，后缘降噪结构包括仿生对象主体和后缘，其特征在于所述后缘为多孔结构，所述仿生对象主体和后缘为一体的渐变结构。

在上述技术方案中，所述后缘从前至后依次分为若干不同的区域，每个区域均为多孔结构，孔与孔之间相互连通，且噪声属性渐变。

在上述技术方案中，所述后缘的材质为金属泡沫、聚氨酯泡沫、毛毡、发泡剂中的一种或几种的组合。

在上述技术方案中，当后缘的整体为单一材质时，后缘上的不同区域内的多孔结构的孔径不一致，通过改变不同区域的孔径实现噪声属性的连续渐变。

在上述技术方案中，当后缘上的多孔结构的孔径一致时，通过不同区域采用不同的材质实现噪声属性的分段渐变。

在上述技术方案中，当后缘上不同区域采用不同材质，不同材质上的多孔结构的孔径不一致，而同种材质上的多孔结构的孔径是相同的，通过不同材质和不同孔径的组合实现噪声属性的分段渐变。

在上述技术方案中，材质的噪声属性的渐变需要确保后缘部位的性能逐渐过渡到后缘下游空气的属性。

在上述技术方案中，渐变多孔材料的属性为流阻率时，渐变多孔材料的流阻率由仿生对象主体的近似为∞逐渐过渡到空气的流阻率0。

在上述技术方案中，渐变多孔材料的属性为孔隙率时，渐变多孔材料需确保孔隙率由仿生对象主体的近似为0逐渐过渡到空气的孔隙率∞。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

通过采用具有渐变特性的多孔材料使得仿生对象后缘部位的属性（如流阻率、孔隙率和声阻抗等）逐渐过渡到后缘下游空气的属性，减弱后缘流动特性的突变，进而达到更好的降噪效果，在噪声控制方面具有普遍推广意义。

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为连续渐变多孔后缘结构；

图2为分段渐变多孔后缘结构；

图3为图2所示分段渐变多孔材料抑制噪声的示意图；

图中：1-被应用对象主体；2-连续渐变多孔材料；3-分段渐变多孔材料1；4-分段渐变多孔材料2；5-分段渐变多孔材料3。

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。

本发明的基于渐变多孔材料的后缘噪声抑制方法，通过采用具有渐变特性的多孔材料使得仿生对象后缘部位的属性（如流阻率、孔隙率和声阻抗等）逐渐过渡到后缘下游空气的属性，减弱后缘流动特性的突变，进而达到更好的降噪效果。

所述仿生对象主体通常为金属或玻璃钢等材质，以保证结构强度和气动特性，渐变多孔后缘通常不超过仿生对象总长度（如翼型弦长）的25%，以免对气动和结构等性能产生过大影响，渐变多孔后缘由具有开的、相互连通孔洞的多孔材料加工而成，多孔材料可以为金属泡沫、聚氨酯泡沫、毛毡、发泡剂等，渐变多孔材料的渐变属性为流阻率、孔隙率和声阻抗等，渐变多孔材料属性的渐变规则为确保仿生对象后缘部位的属性能逐渐过渡到后缘下游空气的属性。渐变多孔材料的属性为流阻率时，渐变多孔材料需确保流阻率由仿生对象主体的近似为∞逐渐过渡到空气的流阻率0；渐变多孔材料的属性为孔隙率时，渐变多孔材料需确保孔隙率由仿生对象主体的近似为0逐渐过渡到空气的孔隙率∞。

实施例一

如图1 所示，仿生对象为翼型，包括翼型主体1和渐变多孔后缘2。翼型主体1为铝制NACA0012翼型，渐变多孔后缘2占仿生对象弦长的10%，多孔材料具有连续渐变的流阻率，由具有开的、相互连通孔洞的聚氨酯泡沫制成。渐变多孔材料的流阻率从与翼型主体1相接部位的接近∞（铝材的流阻率近似为∞）连续过渡到仿生对象后缘的0（空气的流阻率0）。

实施例二

如图2 所示，仿生对象为翼型，包括翼型主体1和渐变多孔后缘。仿生对象主体1仍为铝制NACA0012翼型。渐变多孔后缘占仿生对象弦长的15%，多孔材料具有分段渐变的孔隙率，由具有开的、相互连通孔洞的泡沫铜制成。渐变多孔后缘由后缘3、后缘4和后缘5组成，均占仿生对象弦长的5%。后缘3、后缘4和后缘5的孔隙率逐渐增加，从与仿生对象主体1相接的后缘3（铝材的孔隙率近似为0）逐渐过渡到仿生对象后缘的∞（空气的流阻率∞）。

图3为图2所示分段渐变多孔材料抑制噪声的示意图，从图中可以看出，分段渐变多孔材料可以明显地降低窄带纯音噪声，同时也能使其它频段的宽带噪声得到一定的抑制，只在高频段使噪声略有增加（其原因是多孔材料相对基准后缘更粗糙而带来额外的高频粗糙噪声），但整体而言具有很好的后缘噪声抑制能力。

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 (10)

1.一种基于渐变多孔的后缘噪声抑制方法，其特征在于仿生对象的后缘采用不同具有渐变特性的多孔材料，使得后缘的噪声属性逐渐过渡到后缘下游空气的属性，减弱后缘流动特性的突变，实现降噪。

2.一种适用于权利要求1的后缘降噪结构，包括仿生对象主体和后缘，其特征在于所述后缘为多孔结构，所述仿生对象主体和后缘为一体的渐变结构。

3.根据权利要求2所述的后缘降噪结构，其特征在于所述后缘从前至后依次分为若干不同的区域，每个区域均为多孔结构，孔与孔之间相互连通，且噪声属性渐变。

4.根据权利要求3所述的后缘降噪结构，其特征在于所述后缘的材质为金属泡沫、聚氨酯泡沫、毛毡、发泡剂中的一种或几种的组合。

5.根据权利要求4所述的后缘降噪结构，其特征在于当后缘的整体为单一材质时，后缘上的不同区域内的多孔结构的孔径不一致，通过改变不同区域的孔径实现噪声属性的连续渐变。

6.根据权利要求4所述的后缘降噪结构，其特征在于当后缘上的多孔结构的孔径一致时，通过不同区域采用不同的材质实现噪声属性的分段渐变。

7.根据权利要求4所述的后缘降噪结构，其特征在于当后缘上不同区域采用不同材质，不同材质上的多孔结构的孔径不一致，而同种材质上的多孔结构的孔径是相同的，通过不同材质和不同孔径的组合实现噪声属性的分段渐变。

8.根据权利要求5-7任一所述的后缘降噪结构，其特征在于材质的噪声属性的渐变需要确保后缘部位的性能逐渐过渡到后缘下游空气的属性。

9.根据权利要求1所述的一种基于渐变多孔的后缘噪声抑制方法，其特征在于渐变多孔材料的属性为流阻率时，渐变多孔材料的流阻率由仿生对象主体的近似为∞逐渐过渡到空气的流阻率0。

10.根据权利要求1所述的一种基于渐变多孔的后缘噪声抑制方法，其特征在于渐变多孔材料的属性为孔隙率时，渐变多孔材料需确保孔隙率由仿生对象主体的近似为0逐渐过渡到空气的孔隙率∞。