CN117409756A - 空泡水洞拐角段吸声降噪结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种空泡水洞拐角段吸声降噪结构，其包括拐角段导流片吸声结构、拐角段内壁面吸声结构和拐角段外壁面吸声结构，上述吸声结构可以单独使用，也可以综合使用，具体使用方案根据空泡水洞总体降噪要求和拐角段实际结构进行设计。所述拐角段吸声降噪结构不仅可以用于空泡水洞降噪，还能够用于结构类似的循环水槽、风洞以及带弯头管路等设备的吸声降噪，具有广泛的应用价值和效果。

Description

空泡水洞拐角段吸声降噪结构

技术领域

本发明涉及船舶与海洋工程、功能材料技术领域，尤其涉及一种空泡水洞拐角段吸声降噪结构。

背景技术

空泡水洞是开展船舶、水下航行器、推进器等模型水动力和噪声性能测试的试验装置，其自身需要具备优异的水动力性能和噪声性能。低噪声设计是空泡水洞设计中的一项关键技术。由于低噪声设计的复杂性，通常在设计阶段难以明确方案，往往在空泡水洞建设过程中或建成后采取相应的减振降噪措施，不仅代价高，而且效果欠佳，不利于真正实现空泡水洞低噪声设计目标。

空泡水洞的结构复杂，主要由收缩段、试验段、扩散段、四个拐角段、拐角处导流片等几部分组成。拐角段是空泡水洞的重要组成部分，水洞噪声源产生的声波在拐角段内部传递过程中，会产生复杂的声反射、混响等现象，反复叠加可能会造成声压变强、噪声变大。目前，尚未发现拐角段吸声降噪设计和应用的情况。

鉴于此，有必要设计一种空泡水洞拐角段吸声降噪结构，以解决空泡水洞低噪声设计中的关键问题，提高空泡水洞的噪声性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空泡水洞拐角段吸声降噪结构。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种空泡水洞拐角段吸声降噪结构，空泡水洞回路包括收缩段、试验段、扩散段和拐角段，在空泡水洞回路中，4个拐角段的进、出流方向夹角呈现预定角度，并且相互组成循环回路；所述拐角段包括壳体、设置于壳体内部的导流片以及设置于壳体外壁上的环筋和纵筋；

所述空泡水洞拐角段吸声降噪结构设置于所述壳体的内壁面、壳体的外壁面、导流片前述三者的至少一者上；且单个空泡水洞拐角段吸声降噪结构的吸声面积超过所述壳体的内壁面、壳体的外壁面、导流片前述三者的至少一者表面积的50%。

所述空泡水洞拐角段吸声降噪结构包括拐角段内壁面吸声结构、和/或拐角段外壁面吸声结构、和/或拐角段导流片吸声结构；

所述空泡水洞拐角段吸声降噪结构的厚度大于10mm，用于吸收空泡水洞水动力噪声、流固耦合振动噪声和机械振动噪声。

作为本发明的进一步改进，在500Hz~20kHz范围下，所述泡水洞拐角段吸声降噪结构的整体降噪量大于3dB。

作为本发明的进一步改进，所述拐角段导流片吸声结构为与所述导流片形状相同设置并且固定连接于所述导流片外表面的第一导流吸声结构。

作为本发明的进一步改进，所述第一导流吸声结构与所述导流片一体成形设置。

作为本发明的进一步改进，所述拐角段导流片吸声结构为整体或者局部（部分）包覆于所述导流片外表面的第二导流吸声结构。

作为本发明的进一步改进，所述导流片表面设置有凹槽；所述拐角段导流片吸声结构为铺设于所述导流片表面的凹槽内且相互嵌合连接的第三导流吸声结构。

作为本发明的进一步改进，所述拐角段内壁面吸声结构的过流表面与相邻部段的过流表面光顺过渡；所述拐角段内壁面吸声结构的面积超过壳体内表面积的50%。

作为本发明的进一步改进，所述拐角段外壁面吸声结构贴敷在壳体、环筋、纵筋（加强筋）的外壁面上；所述拐角段外壁面吸声结构的面积超过壳体外表面积的50%。

作为本发明的进一步改进，所述空泡水洞拐角段吸声降噪结构采用吸声材料；所述吸声材料采用共振吸声结构或渐变过渡层结构。

作为本发明的进一步改进，所述空泡水洞拐角段吸声降噪结构采用橡胶材料或复合材料；所述橡胶材料或复合材料内部设置有预定孔径的空腔。

作为本发明的进一步改进，所述空泡水洞拐角段吸声降噪结构适用于循环水槽、风洞、带弯头管路设备。

本发明的有益效果是：

1、本发明提供的空泡水洞拐角段吸声降噪结构，具有吸收空泡水洞水动力噪声、流固耦合振动噪声和机械振动噪声的功能，能够显著有效地降低空泡水洞整体噪声，总体降噪量达到3dB以上（500Hz~20kHz），是空泡水洞低噪声设计的重要组成部分。

2、本发明提供的空泡水洞拐角段吸声降噪结构，基于空泡水洞拐角段中壳体的内壁面、壳体的外壁面和导流片三个不同位置对声反射和吸声量各有差异的特性，在拐角段不同的结构位置上分别进行完全不同吸声降噪结构的设计，以此来实现空泡水洞的降噪要求。三者可以分别单独使用，也可以相互联合综合使用，由此来有效降低空泡水洞整体噪声。

3、本发明提供的空泡水洞拐角段吸声降噪结构，能够根据吸声频段、吸声量等要求，通过吸声结构的面积和厚度设计、吸声材料自身的吸声性能等参数来综合调控三个完全不同的吸声结构的吸声降噪性能，对实际应用场景的适应性强且实际适用范围广。

附图说明

图1为空泡水洞总体结构示意图。

图2为本发明提供的空泡水洞拐角段吸声降噪结构总体示意图。

图3为图2中拐角段导流片吸声结构示意图。

图4为图2中拐角段内壁面吸声结构示意图。

图5为图2中拐角段外壁面吸声结构示意图。

图6为本发明提供的拐角段吸声结构的具体示例示意图。

图7为本发明提供的拐角段吸声降噪量示例图。

附图标记：

100-空泡水洞回路；1-第一拐角段；2-第一过渡段；3-第二拐角段；4-稳流段；5-收缩段；6-试验段；7-上扩散段；8-第三拐角段；9-第二过渡段；10-第四拐角段；11-第三过渡段；12-水泵；13-下扩散段；14-第四过渡段；15-驱动电机；16-轴系；61-壳体；62-环筋；63-纵筋；64-导流片；50-拐角段导流片吸声结构；51-第一导流片吸声结构；52-第二导流片吸声结构；53-第三导流片吸声结构；54-拐角段内壁面吸声结构；55-拐角段外壁面吸声结构。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

请参阅图1所示的空泡水洞试验装置，其主要由收缩段、试验段、扩散段、拐角段等几部分组成。

具体来讲，本发明中，空泡水洞试验装置包括依次连接形成空泡水洞回路100的第一拐角段1、第一过渡段2、第二拐角段3、稳流段4、收缩段5、试验段6、上扩散段7、第三拐角段8、第二过渡段9、第四拐角段10、第三过渡段11、水泵12、下扩散段13、第四过渡段14以及设置在空泡水洞回路外部与所述空泡水洞回路电性连接的驱动电机15。

其中，驱动电机15通过轴系16驱动水泵12工作，对空泡水洞回路100内部的水体做功，使之循环流动。

同时，水泵12等声源产生的噪声沿空泡水洞回路100传播；水流经过第一拐角段1、第二拐角段3、第三拐角段8和第四拐角段10时，分别转向约90度。

第一拐角段1、第二拐角段3、第三拐角段8和第四拐角段10的结构类似，均起到整流作用。

在具体实施方式中，各拐角段进、出流方向夹角约90度，空泡水洞拐角段本体包括壳体61、环筋62、纵筋63（加强筋）和导流片64，为满足强度和刚度要求，空泡水洞拐角段本体通常采用钢结构加工制造；在其他实施方式中，也可采用其他满足强度和刚度要求的材料制造。

基于上述空泡水洞试验装置的结构设置，本发明提供了一种空泡水洞拐角段吸声降噪结构，其设置于壳体61的内壁面、壳体61的外壁面、导流片64前述三者的至少一者上，由此构建出拐角段导流片吸声结构50、和/或拐角段内壁面吸声结构53、和/或拐角段外壁面吸声结构54。

单个空泡水洞拐角段吸声降噪结构的吸声面积超过壳体61的内壁面、壳体61的外壁面、导流片64前述三者至少一者表面积的50%。

具体来讲，所述拐角段导流片吸声结构50的吸声面积超过导流片64表面积的50%。

所述拐角段内壁面吸声结构53的吸声面积超过壳体61的内壁面表面积的50%。

所述拐角段外壁面吸声结构54的吸声面积超过壳体61的外壁面表面积的50%。

在具体实施方式和应用过程中，拐角段导流片吸声结构50、拐角段内壁面吸声结构53和拐角段外壁面吸声结构54三者可以分别单独使用，也可以相互联合进行综合使用，具体使用方案根据空泡水洞试验装置总体降噪要求和拐角段实际结构进行设计。

所述拐角段吸声降噪结构具有吸收空泡水洞水动力噪声、流固耦合振动噪声和机械振动噪声的功能，由此能够有效降低空泡水洞整体噪声，是空泡水洞低噪声设计的重要组成部分。

所述拐角段吸声降噪结构中吸声材料的选择以及具体结构形式和尺寸规格根据吸声频段、吸声量等要求进行设计。

本发明中，所述空泡水洞拐角段吸声降噪结构采用吸声材料；所述吸声材料采用共振吸声结构或渐变过渡层结构。

所述吸声材料可以是多孔吸声材料、穿孔板共振吸声材料、薄膜吸声材料、特殊吸声结构材料等。

在具体实施方式中，所述空泡水洞拐角段吸声降噪结构可以采用具备预定吸声性能的橡胶材料或复合材料；所述橡胶材料或复合材料内部设置有预定孔径的空腔。

所述拐角段吸声降噪结构不仅可以用于空泡水洞试验装置降噪，也能够用于结构类似的循环水槽、风洞以及带弯头管路等设备的吸声降噪，具有广泛的应用价值和效果。

空泡水洞拐角段中壳体的内壁面、外壁面和导流片三个不同位置对声反射和吸声量各有差异，因此，需要通过设计和计算制定每个位置的吸声结构，从而形成拐角段总体降噪方案。

根据空泡水洞的降噪要求，对拐角段吸声降噪结构进行具体设计。本实施例中，以第一拐角段1为例来具体说明空泡水洞拐角段吸声降噪结构。

请参阅图2所示，所述第一拐角段1本体包括壳体61、环筋62、纵筋63和导流片64。

请参阅图2和图3所示，第一拐角段1内部起到整流作用的导流片64通过敷设拐角段导流片吸声结构50可以起到吸声降噪作用。为保证吸声效果，拐角段导流片吸声结构50的厚度一般大于10mm，其面积一般超过导流片64表面积的50%。

在一种实施方式中，拐角段导流片吸声结构50为与所述导流片64形状相同设置并且固定连接于所述导流片64外表面的第一导流吸声结构51；即，所述第一导流吸声结构51与导流片64外表面采用一体成形工艺，整体形成导流片吸声结构，如图3中的（a）所示。

所述第一导流吸声结构51的吸声面积与所述导流片64的表面积相同设置。

在另一种实施方式中，所述拐角段导流片吸声结构50为整体包覆于导流片64金属骨架外表面的第二导流吸声结构52，如图3中的（b）所示。第二导流吸声结构52将导流片64金属骨架的外表面进行了整体完全包覆，形成了整体包覆吸声结构。

所述第二导流吸声结构52的吸声面积大于等于所述导流片64的上下表面积。

需要注意的是，所述第二导流吸声结构52可以在导流片64外表面实现整体或局部包覆，都能够实现吸声降噪效果。当第二导流吸声结构52将导流片64金属骨架的外表面进行局部包覆时，形成局部包覆吸声结构，其吸声面积小于所述导流片64的表面积，但超过所述导流片64表面积的50%。

在其他一些实施方式中，导流片64表面设置有凹槽；所述拐角段导流片吸声结构50为铺设于所述导流片64表面的凹槽内且相互配合连接的第三导流吸声结构53，如图3中的（c）所示。在导流片64的上表面开设预定厚度和面积的凹槽，然后将第三导流吸声结构5嵌合在所述凹槽中，相互配合得到嵌合吸声结构。

所述第三导流吸声结构53的吸声面积超过所述导流片64的上表面积的50%。

吸声结构的吸声面积设置以及其吸声厚度、吸声材料的吸声性能能够综合调控吸声降噪量。

本发明中，不论采用上述哪种拐角段导流片吸声结构50的设计形式，带有拐角段导流片吸声结构50的导流片组件的过流表面要与原来不敷设拐角段导流片吸声结构的导流片64的过流表面保证一致，以不改变导流片64的整流效果。

请参阅图3中（b）所示，在一种具体实施方式中，第二导流吸声结构52整体包覆在导流片64外部，其厚度为15mm，吸声降噪量至少达到5dB及以上。

请参阅图2和图4所示，第一拐角段1的壳体61的内壁面敷设拐角段内壁面吸声结构54可以起到吸声降噪作用。为保证吸声效果，拐角段内壁面吸声结构54的厚度一般大于10mm，面积一般超过壳体61内表面积的50%。

所述拐角段内壁面吸声结构54的过流表面与相邻部段的过流表面光顺过渡，以不影响空泡水洞整体的水动力性能。

请参阅图4所示，在一种具体实施方式中，所述拐角段内壁面吸声结构54敷设在壳体61内部，厚度为15mm，吸声降噪量至少达到2dB及以上。

请参阅图2和图5所示，第一拐角段1的壳体61的外壁面敷设拐角段外壁面吸声结构55可以起到吸声降噪作用。

所述拐角段外壁面吸声结构55贴敷在壳体61和环筋62、纵筋63的外壁上。为保证吸声效果，所述拐角段外壁面吸声结构55的厚度一般大于10mm，面积一般超过壳体61外表面积的50%。

请参阅图5所示，在一种具体实施方式中，所述拐角段外壁面吸声结构55敷设在壳体61外部，厚度为30mm，吸声降噪量达到至少2dB及以上。

本实施例中，请参阅图6所示，所述空泡水洞拐角段吸声降噪结构采用橡胶材料，内部设计成带空腔的结构，空腔均匀分布，空腔孔径为8mm。

请参阅图6所示，在单个拐角段中，采用拐角段内壁面吸声结构54和拐角段导流片吸声结构50两者相互联合的综合吸声结构，经分析和样件测试，其总体降噪量可达5dB至15dB（500Hz~20kHz），如图7所示，可以看出，该综合吸声结构具备显著的吸声降噪效果。

需要本领域技术人员注意的是，本实施例仅为方便说明，并不限制吸声结构方案；吸声结构的选材、具体结构形式和尺寸规格根据吸声频段、吸声量等要求进行设计。实际应用过程中，可以在4个拐角段分别设置相同的吸声结构，也可以分别设置不同的吸声结构，并不做具体限制。

本发明中，降噪量与拐角段总体结构尺寸和吸声材料自身性能有关，比如，空泡水洞拐角段的尺寸大，敷设的吸声结构的厚度和面积都需要根据前述尺寸进行相应调整，如此，吸声降噪效果就会显著；反之，则降噪量小。

综上所述，本发明提供了一种空泡水洞拐角段吸声降噪结构，其包括拐角段导流片吸声结构、拐角段内壁面吸声结构和拐角段外壁面吸声结构。拐角段导流片吸声结构、拐角段内壁面吸声结构和拐角段外壁面吸声结构可以单独使用，也可以综合使用，具体方案根据空泡水洞总体降噪要求和拐角段实际结构进行设计；拐角段吸声降噪结构具有吸收空泡水洞水动力噪声、流固耦合振动噪声和机械振动噪声的功能，可以有效降低空泡水洞整体噪声，是空泡水洞低噪声设计的重要组成部分；拐角段吸声降噪结构不仅可以用于空泡水洞降噪，而且可用于结构类似的循环水槽、风洞以及带弯头管路等设备的吸声降噪，具有广泛的应用价值和效果。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种空泡水洞拐角段吸声降噪结构，空泡水洞回路（100）包括收缩段、试验段、扩散段和拐角段，其特征在于：所述拐角段包括壳体（61）、设置于壳体（61）内部的导流片（64）以及设置于壳体（61）外壁上的加强筋；

所述空泡水洞拐角段吸声降噪结构设置于所述壳体（61）的内壁面、壳体（61）的外壁面、导流片（64）前述三者的至少一者上；且单个空泡水洞拐角段吸声降噪结构的吸声面积超过所述壳体（61）的内壁面、壳体（61）的外壁面、导流片（64）前述三者的至少一者表面积的50%；

所述空泡水洞拐角段吸声降噪结构的厚度大于10mm，用于吸收空泡水洞水动力噪声、流固耦合振动噪声和机械振动噪声。

2.根据权利要求1所述的空泡水洞拐角段吸声降噪结构，其特征在于：在500Hz~20kHz范围下，所述泡水洞拐角段吸声降噪结构的整体降噪量大于3dB。

3.根据权利要求1所述的空泡水洞拐角段吸声降噪结构，其特征在于：所述空泡水洞拐角段吸声降噪结构包括设置于所述导流片（64）上的拐角段导流片吸声结构（50）；所述拐角段导流片吸声结构（50）为与所述导流片（64）形状相同设置并且固定连接于所述导流片（64）外表面的第一导流吸声结构（51）。

4.根据权利要求1所述的空泡水洞拐角段吸声降噪结构，其特征在于：所述空泡水洞拐角段吸声降噪结构包括设置于所述导流片（64）上的拐角段导流片吸声结构（50）；所述拐角段导流片吸声结构（50）为整体或局部包覆于所述导流片（64）外表面的第二导流吸声结构（52）。

5.根据权利要求1所述的空泡水洞拐角段吸声降噪结构，其特征在于：所述空泡水洞拐角段吸声降噪结构包括设置于所述导流片（64）上的拐角段导流片吸声结构（50）；所述导流片（64）表面设置有凹槽；所述拐角段导流片吸声结构（50）为铺设于所述导流片（64）表面的凹槽内且相互嵌合连接的第三导流吸声结构（53）。

6.根据权利要求1所述的空泡水洞拐角段吸声降噪结构，其特征在于：所述空泡水洞拐角段吸声降噪结构包括设置于所述壳体（61）的内壁面的拐角段内壁面吸声结构（54）；所述拐角段内壁面吸声结构（54）的过流表面与相邻部段的过流表面光顺过渡；所述拐角段内壁面吸声结构（54）的面积超过壳体（61）内表面积的50%。

7.根据权利要求1所述的空泡水洞拐角段吸声降噪结构，其特征在于：所述空泡水洞拐角段吸声降噪结构包括设置于所述壳体（61）的外壁面的拐角段外壁面吸声结构（55）；所述拐角段外壁面吸声结构（55）贴敷在壳体（61）、加强筋的外壁面上；所述拐角段外壁面吸声结构（55）的面积超过壳体（61）外表面积的50%。

8.根据权利要求1所述的空泡水洞拐角段吸声降噪结构，其特征在于：所述空泡水洞拐角段吸声降噪结构采用吸声材料；所述吸声材料采用共振吸声结构或渐变过渡层结构。

9.根据权利要求8所述的空泡水洞拐角段吸声降噪结构，其特征在于：所述空泡水洞拐角段吸声降噪结构采用橡胶材料或复合材料；所述橡胶材料或复合材料内部设置有预定孔径的空腔。

10.根据权利要求1所述的空泡水洞拐角段吸声降噪结构，其特征在于：所述空泡水洞拐角段吸声降噪结构适用于循环水槽、风洞、带弯头管路设备。