CN220552601U - 一种适用于大尺寸壁板结构的高声强噪声试验系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种适用于大尺寸壁板结构的高声强噪声试验系统，包括自左至右依次连接的电动气流扬声器、变截面通道、矩形指数号筒、第一过渡段、工作段、第二过渡段和扩散段固接成整体噪声试验机构，整体噪声试验机构与噪声测量系统及噪声控制系统连接，所述工作段侧壁通过法兰固接有试验工件；所述电动气流扬声器在噪声控制仪的控制下，产生规定的噪声试验谱。本实用新型中结合大尺寸壁板试验工件的特点，设计了具有较小矩形截面积的气流通道，即能实现大尺寸壁板试验工件的安装，又能实现高声强噪声激励的施加；本实用新型采用了工作段两侧面同时固定试验工件的方案，有效的缩短试验周期，提高试验效率。
Description
技术领域
本实用新型属于噪声试验技术领域，尤其涉及一种适用于大尺寸壁板结构的高声强噪声试验系统。
背景技术
航空或航天飞行器飞行过程中，壁板结构件会承受高声强噪声载荷的作用。特别是在高速飞行过程中，壁板结构件所受到的噪声载荷会超过160dB，在这种高声强噪声环境的长时间作用下，结构上应力集中或其它缺陷部位处会产生疲劳裂纹直至发展为疲劳破坏。因此，验证壁板结构件耐受高声强噪声激励环境的能力尤为重要。授权公告号为CN218566682 U的专利文献公开了一种大型噪声试验系统，其特征在于，包括声源系统、气源系统、声学控制系统、噪声环境试验装置、消声排气装置，所述声源系统包括扬声器，所述气源系统连接到扬声器的进气口，所述扬声器的出声口对接噪声环境试验装置的一端，所述噪声环境试验装置的另一端连接消声排气装置，所述声学控制系统分别连接噪声环境试验装置和扬声器，所述气源系统包括多个空压机，控制所述空压机的开启数量来控制扬声器的进气量。目前高声强噪声试验系统的设计中，对于试验段总声压级的估算中，普遍未充分考虑声能量的损失，导致噪声试验装置的估算能力与实际能力有较大差别。
另外，对于尺寸大于1m*1m的壁板结构件，能够实现160dB以上高声强噪声激励的试验系统设计存在技术难度，且大部分的噪声试验装置，仅采用工作段单边固定试验工件的方式，试验效率较低。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种适用于大尺寸壁板结构的高声强噪声试验系统，能够考核大尺寸壁板结构耐受高声强噪声的能力。
本实用新型为实现上述目的，采用以下技术方案：一种适用于大尺寸壁板结构的高声强噪声试验系统，包括自左至右依次连接的电动气流扬声器、变截面通道、矩形指数号筒、第一过渡段、工作段、第二过渡段和扩散段固接成整体噪声试验机构，整体噪声试验机构与噪声测量系统及噪声控制系统连接，所述工作段侧壁通过法兰固接有试验工件；所述电动气流扬声器在噪声控制仪的控制下，产生规定的噪声试验谱。
进一步的，所述变截面通道一端为圆口法兰，另一端为方口法兰，变截面通道截面从圆形到方形平滑过渡，变截面通道内表面设有白色环氧树脂漆层。
进一步的，所述电动气流扬声器的进气口和出气口形状均为圆形，进气口与气源管道连接，出气口与变截面通道的圆口法兰连接。
进一步的，所述变截面通道的方口法兰与矩形指数号筒的号筒喉部法兰固接。
进一步的，所述工作段水平放置，所述工作段相对的侧壁上设置第一产品固定法兰和第二产品固定法兰，产品固定法兰上固定两件试验工件，同时进行试验。
进一步的，所述工作段侧壁的产品固定法兰通过壁板试验工件固定工装与试验工件固接，壁板试验工件固定工装与试验工件之间设有柔性隔音材料层。
进一步的，所述工作段上设有第一气流通道法兰和第二气流通道法兰，所述第一气流通道法兰与第一过渡段的后端法兰连接，第二气流通道法兰与第二过渡段的前端法兰连接。
进一步的，所述工作段的第一气流通道法兰、第二气流通道法兰、第一产品固定法兰和第二产品固定法兰连接呈长方形的整体工作段机构，工作段的长度大于第一壁板试验工件和第二壁板试验工件的长度；工作段上的气流通道的长度大于壁板试验工件的高度，宽度由所需通道截面积大小确定，整体工作段机构内表面设有白色环氧树脂漆层，工作段机构外表面焊接有加强筋板。
进一步的，所述矩形指数号筒形状，其中两面相互平行，另外两面按指数展开，矩形指数号筒内表面涂白色环氧树脂漆，外表面焊接有加强筋板，所述矩形指数号筒的号筒喉部法兰与变截面通道的方口法兰连接，所述矩形指数号筒的号筒扩张段法兰与第一过渡段的前端法兰固接。
进一步的，所述扩散段小截面端的法兰与第二过渡段后端法兰连接；扩散段大截面端的法兰与消声室连接；所述扩散段形状，其中两面按指数展开，另外两面相互平行，扩散段内表面涂白色环氧树脂漆，外表面焊接有加强筋板。
进一步的，所述噪声控制系统包括噪声控制仪、传声计和电动气流扬声器，所述噪声控制仪与电动气流扬声器连接，噪声控制仪根据噪声试验谱向电动气流扬声器输入电压信号，控制电动气流扬声器的输出信号和功率，噪声控制仪与传声计连接，传声计测量的噪声信号输入到噪声控制仪，用于噪声控制仪内部的闭环控制运算。
进一步的，所述噪声测量系统包括采集仪、加速度传感器、应变片和监控摄像头，所述加速度传感器和应变片均粘贴在第一、二壁板试验工件的测点位置，用于噪声试验中的振动加速度以及应变数据的测量；所述监控摄像头置于第一、二壁板试验工件的前方，用于实时监控试验件的结构状态；所述采集仪通过线缆与加速度传感器、应变片、监控摄像头连通，用于试验数据测采集和保存。
有益效果：本实用新型中考虑了声能量在传播过程中的损失，引入了噪声试验装置的总发声效率作为试验功率计算的参数，使电动气流扬声器的功率评估更加准确；本实用新型中结合大尺寸壁板试验工件的特点，设计了具有较小矩形截面积的气流通道，即能实现大尺寸壁板试验工件的安装，又能实现高声强噪声激励的施加；本实用新型中设计采用了工作段两侧面同时固定试验工件的方案，有效的缩短试验周期，提高试验效率。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是图1的俯视图；
图3a-b是变截面通道结构示意图；
图4是矩形指数号筒结构示意图；
图5是工作段的结构示意图。
图中：1-电动气流扬声器，2-变截面通道，201-圆口法兰，202-方口法兰，3-矩形指数号筒，301-号筒喉部法兰，302-号筒扩张段法兰，4-第一过渡段，5-工作段，501-第一气流通道法兰，502-第一产品固定法兰，503-第二气流通道法兰，504-第二产品固定法兰，6、第二过渡段，7-扩散段，8-出线口，901-第一壁板试验工件固定工装，902、第二壁板试验工件固定工装，101-第一壁板试验工件，102-第二壁板试验工件，11-噪声控制仪、12-传声计、13-采集仪、14-加速传感器、15、应变片、16、监控摄像头。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。
在本实用新型的各实施例中，为了便于描述而非限制本实用新型，本实用新型专利申请说明书以及权利要求书中使用的术语"连接"并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。"上"、"下"、"下方"、"左"、"右"等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
详见附图，本实施例提供了一种适用于大尺寸壁板结构的高声强噪声试验系统，包括自左至右依次连接的电动气流扬声器1、变截面通道2、矩形指数号筒3、第一过渡段4、工作段5、第二过渡段6和扩散段7固接成整体噪声试验机构，整体噪声试验机构与噪声测量系统及噪声控制系统连接，所述工作段侧壁通过法兰固接有试验工件；所述电动气流扬声器在噪声控制仪的控制下，产生规定的噪声试验谱。
本实施例的电动气流扬声器的功率Wn根据公式进行估算；
We＝Wnη
式中，SPL为噪声试验的目标试验量级，单位为dB；
S为工作段的气流通道截面积，单位为㎡；
We为达到规定噪声量级所需有效功率，单位为瓦；
η为噪声试验装置的总发声效率，取值范围0～1。
本实施例的优选方案是，所述变截面通道一端为圆口法兰，另一端为方口法兰，变截面通道截面从圆形到方形平滑过渡，变截面通道内表面设有白色环氧树脂漆层。
本实施例的优选方案是，所述电动气流扬声器的进气口和出气口形状均为圆形，进气口与气源管道连接，出气口与变截面通道的圆口法兰连接。
本实施例的优选方案是，所述变截面通道的方口法兰与矩形指数号筒的号筒喉部法兰固接。
本实施例的优选方案是，所述工作段水平放置，所述工作段相对的侧壁上设置第一产品固定法兰和第二产品固定法兰，产品固定法兰上固定两件试验工件，同时进行试验。
本实施例的优选方案是，所述工作段侧壁的产品固定法兰通过壁板试验工件固定工装与试验工件固接，壁板试验工件固定工装与试验工件之间设有柔性隔音材料层。
本实施例的优选方案是，所述工作段上设有第一气流通道法兰和第二气流通道法兰，所述第一气流通道法兰与第一过渡段的后端法兰连接，第二气流通道法兰与第二过渡段的前端法兰连接。
本实施例的优选方案是，所述工作段的第一气流通道法兰、第二气流通道法兰、第一产品固定法兰和第二产品固定法兰连接呈长方形的整体工作段机构，工作段的长度大于第一壁板试验工件和第二壁板试验工件的长度；工作段上的气流通道为长度L大于壁板试验工件的高度，宽度D由所需通道截面积S大小确定，S＝L×D，整体工作段机构内表面设有白色环氧树脂漆层，工作段机构外表面焊接有加强筋板。
本实施例的优选方案是，所述矩形指数号筒形状，其中两面相互平行，另外两面按指数展开，矩形指数号筒内表面涂白色环氧树脂漆，外表面焊接有加强筋板，所述矩形指数号筒的号筒喉部法兰与变截面通道的方口法兰连接，所述矩形指数号筒的号筒扩张段法兰与第一过渡段的前端法兰固接。
本实施例的优选方案是，所述矩形指数号筒截面的指数变化规律由下式确定：
S(x)＝S0eδx
式中，S0是号筒喉部面积，单位是㎡，x是号筒长度，单位是m，δ是蜿蜒指数，决定截面积变化的快慢，其中
式中C是声速，单位是m/s，f是试验截止频率，单位是Hz。
本实施例的优选方案是，所述扩散段小截面端的法兰与第二过渡段后端法兰连接；扩散段大截面端的法兰与消声室连接；所述扩散段形状，其中两面按指数展开，另外两面相互平行，扩散段内表面涂白色环氧树脂漆，外表面焊接有加强筋板。
本实施例的优选方案是，所述噪声控制系统包括噪声控制仪、传声计和电动气流扬声器，所述噪声控制仪与电动气流扬声器连接，噪声控制仪根据噪声试验谱向电动气流扬声器输入电压信号，控制电动气流扬声器的输出信号和功率，噪声控制仪与传声计连接，传声计测量的噪声信号输入到噪声控制仪，用于噪声控制仪内部的闭环控制运算。
本实施例的优选方案是，所述噪声测量系统包括采集仪、加速度传感器、应变片和监控摄像头，所述加速度传感器和应变片均粘贴在第一、二壁板试验工件的测点位置，用于噪声试验中的振动加速度以及应变数据的测量；所述监控摄像头置于第一、二壁板试验工件的前方，用于实时监控试验件的结构状态；所述采集仪通过线缆与加速度传感器、应变片、监控摄像头连通，用于试验数据测采集和保存。
实施例的组装与工作过程
参见图1～图5，本实施例提供的一种适用于大尺寸壁板结构的高声强噪声试验系统，包括电动气流扬声器1，其进气口和出气口均为圆形，其作用是在噪声控制仪11的控制下，输出能力，产生规定的噪声试验谱；
电动气流扬声器1进气口与气源管道连接，其出气口与变截面通道2的圆口法兰201连接；
变截面通道2的一端为圆口法兰，一端为方口法兰的天方地圆的变截面通道，其截面有从圆形到方形的过渡，过渡平滑无突变，其内表面涂白色环氧树脂漆，使内表面连续光滑；
本实施例中，噪声试验的目标试验量级SPL＝165dB；工作段的第一气流通道法兰501的通道截面积S＝0.13㎡；噪声试验装置的总发声效率η为20％；
根据以下公式计算获得，Wn＝20554.8瓦；
We＝Wnη
电动气流扬声器1选用规格为2万声瓦；
在本实施例中，包括水平布置的工作段5，其相对的侧壁布置有第一产品固定法兰502和第二产品固定法兰504，可以同时固定两件试验工件同时进行试验，大大减少试验的周期，提高了试验效率；
工作段内表面涂白色环氧树脂漆，使内表面连续光滑，外表面焊接有加强筋板；
工作段上的第一产品固定法兰502和第二产品固定法兰504用于固定第一壁板试验工件固定工装901与第一壁板试验工件101的装配体以及得第二壁板试验工件固定工装902与第二壁板试验工件102的装配体；
工作段上的第一气流通道法兰501与第一过渡段4的一端法兰连接，工作段上的第二气流通道法兰503与第二过渡段6的一端法兰连接；
第一过渡段和第二过渡段的内表面涂白色环氧树脂漆，使内表面连续光滑，外表面焊接有加强筋板；
第一过渡段4和第二过渡段6的中间对称位置布置有两个出线口8，用于将测试线缆从工作段5内部引出；
本实施例中，壁板试验工件的尺寸不小于1400mm*1000mm(长(L)*宽(D))，工作段的长度设计为1790mm；
针对该壁板结构试验工件，工作段上的气流通道一般设计为长方形，长方形的长度L设计为1040mm，根据S＝0.13㎡以及以下公式，确定宽度D为125mm。
S＝L*D
在本实施例中，包括矩形指数号筒3，其有两面按指数展开，另外两面相互平行，其内表面涂白色环氧树脂漆，使内表面连续光滑，外表面焊接有加强筋板；
矩形指数号筒的号筒喉部法兰301与变截面通道2的方口法兰202连接；矩形指数号筒的号筒扩张段法兰302与第一过渡段4的另一端法兰连接；
矩形指数号筒截面的指数变化规律由下式确定：
S(x)＝S0eδx
式中，S0是号筒喉部面积，单位是㎡，x是号筒长度，单位是m，δ是蜿蜒指数，决定截面积变化的快慢。其中，
式中C是声速，单位是m/s，f是试验截止频率，单位是Hz。
本实施例中，号筒喉部截面为边长为125mm的正方形，其面积S0＝0.125*0.125＝0.015625㎡；声速c＝340m/s；试验截止频率f＝40Hz；根据蜿蜒指数公式，δ＝1.47735；
矩形指数号筒(3)的号筒扩张段法兰(302)处的气流通道截面积S＝0.13㎡；
根据截面的指数变化规律公式得，矩形指数号筒的长度x＝1433.5mm；在本实用新型中，包括扩散段，其有两面按指数展开，另外两面相互平行，其内表面涂白色环氧树脂漆，使内表面连续光滑，外表面焊接有加强筋板；
扩散段的作用是使声在传播过程中不产生驻波和反射，对上游声场不产生干扰；
扩散段小截面一端的法兰与第二过渡段6的另一端法兰连接；
扩散段大截面一端的法兰与消声室连接；
在本实用新型中，包括噪声控制系统；
噪声控制系统包括噪声控制仪11、传声计12、电动气流扬声器1，用于实现规定噪声激励谱的闭环控制；
其中，噪声控制仪与电动气流扬声器连接，噪声控制仪根据噪声试验谱向电动气流扬声器输入电压信号，控制电动气流扬声器的输出信号和功率；
噪声控制仪11与传声计12连接，传声计12测量的噪声信号输入到噪声控制仪，用于噪声控制仪内部的闭环控制运算；
在本实用新型中，包括测量系统；
测量系统包括采集仪13、加速度传感器14、应变片15、监控摄像头16，用于噪声试验中的振动加速度、应变数据的测量和记录以及试验工件结构状态的观察和记录；
加速度传感器14和应变片15均粘贴在第一、二壁板试验工件的规定测点位置，用于噪声试验中的振动加速度以及应变数据的测量。
监控摄像头16布置在第一壁板试验工件101、第二壁板试验工件102的前方，用于实时监控试验件的结构状态，若发生破坏，可及时发现；采集仪13通过线缆与加速度传感器14、应变片15、监控摄像头16连通，用于试验数据测采集和保存；
为了更加清楚理解本实用新型，下面就本实用新型提供的一种适用于大尺寸壁板结构的高声强噪声试验系统的具体安装调试步骤进行说明：
1)将电动气流扬声器1一端法兰与变截面通道2的圆口法兰201用螺栓连接，电动气流扬声器另一端法兰与气源管路连接；
2)将变截面通道的方口法兰202与矩形指数号筒3的号筒喉部法兰301用螺栓连接；
3)将矩形指数号筒的号筒扩张段法兰302与第一过渡段4的一端法兰用螺栓连接，第一过渡段的另一端法兰与工作段的第一气流通道法兰501用螺栓连接；
4)工作段的第二气流通道法兰503与第二过渡段6的一端法兰用螺栓连接，第二过渡段的另一端法兰与扩散段7的小截面一端的法兰用螺栓连接，扩散段7大截面一端的法兰与消声室连接；
噪声试验系统的各部段用刚性支架进行支撑，确保安装牢固稳定；
5)在第一壁板试验工件101和第二壁板试验工件102的内外表面粘贴应变片15和加速度传感器14，并连接信号线缆；
6)将第一壁板试验工件101和第二壁板试验工件102分别安装在第一壁板试验工件固定工装901和第二壁板试验工件固定工装902上，试验工件和工装之间粘贴柔性隔音材料，避免试验工件与工装之间刚性接触，同时起到声学封堵的作用；
7)将传声计12固定在工作段内腔，将信号线通过出线口8引出工作段外；
8)将试验工件与工装的装配体分别安装到工作段的第一产品固定法兰和第二产品固定法兰上；同时将应变片15和加速度传感器14的信号线缆，通过出线口8引出工作段外，并用柔性隔音材料对缝隙进行声学封堵；
9)将应变片15、加速度传感器14、监控摄像头16与采集仪连接，并调试设备采集的数据信号至正常；
10)连接噪声控制仪11、电动气流扬声器1、传声计12，并通电运行，调试噪声控制系统信号至正常；
11)启动空压机，为电动气流扬声器提供稳定气源，启动噪声控制系统、采集系统，进行联调和低量级预试验；
12)整个系统调试正常后，按照规定的噪声激励谱量级开展噪声试验。
上述参照实施例对一种适用于大尺寸壁板结构的高声强噪声试验系统的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本实用新型总体构思下的变化和修改，应属本实用新型的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种适用于大尺寸壁板结构的高声强噪声试验系统，其特征是：包括自左至右依次连接的电动气流扬声器、变截面通道、矩形指数号筒、第一过渡段、工作段、第二过渡段和扩散段固接成整体噪声试验机构，整体噪声试验机构与噪声测量系统及噪声控制系统连接，所述工作段侧壁通过法兰固接有试验工件；所述电动气流扬声器在噪声控制仪的控制下，产生规定的噪声试验谱。
2.根据权利要求1所述的适用于大尺寸壁板结构的高声强噪声试验系统，其特征是：所述变截面通道一端为圆口法兰，另一端为方口法兰，变截面通道截面从圆形到方形平滑过渡，变截面通道内表面设有白色环氧树脂漆层。
3.根据权利要求1所述的适用于大尺寸壁板结构的高声强噪声试验系统，其特征是：所述电动气流扬声器的进气口和出气口形状均为圆形，进气口与气源管道连接，出气口与变截面通道的圆口法兰连接。
4.根据权利要求1或2所述的适用于大尺寸壁板结构的高声强噪声试验系统，其特征是：所述变截面通道的方口法兰与矩形指数号筒的号筒喉部法兰固接。
5.根据权利要求1所述的适用于大尺寸壁板结构的高声强噪声试验系统，其特征是：所述工作段水平放置，所述工作段相对的侧壁上设置第一产品固定法兰和第二产品固定法兰，产品固定法兰上固定两件试验工件，同时进行试验。
6.根据权利要求1或5所述的适用于大尺寸壁板结构的高声强噪声试验系统，其特征是：所述工作段侧壁的产品固定法兰通过壁板试验工件固定工装与试验工件固接，壁板试验工件固定工装与试验工件之间设有柔性隔音材料层。
7.根据权利要求6所述的适用于大尺寸壁板结构的高声强噪声试验系统，其特征是：所述工作段上设有第一气流通道法兰和第二气流通道法兰，所述第一气流通道法兰与第一过渡段的后端法兰连接，第二气流通道法兰与第二过渡段的前端法兰连接。
8.根据权利要求7所述的适用于大尺寸壁板结构的高声强噪声试验系统，其特征是：所述工作段的第一气流通道法兰、第二气流通道法兰、第一产品固定法兰和第二产品固定法兰连接呈长方形的整体工作段机构，工作段上气流通道的长度大于壁板试验工件的高度，宽度由所需通道截面积大小确定，整体工作段机构内表面设有白色环氧树脂漆层，工作段机构外表面焊接有加强筋板。
9.根据权利要求1所述的适用于大尺寸壁板结构的高声强噪声试验系统，其特征是：所述矩形指数号筒形状，其中两面相互平行，另外两面按指数展开，矩形指数号筒内表面涂白色环氧树脂漆，外表面焊接有加强筋板，所述矩形指数号筒的号筒喉部法兰与变截面通道的方口法兰连接，所述矩形指数号筒的号筒扩张段法兰与第一过渡段的前端法兰固接。
10.根据权利要求1所述的适用于大尺寸壁板结构的高声强噪声试验系统，其特征是：所述扩散段小截面端的法兰与第二过渡段后端法兰连接；扩散段大截面端的法兰与消声室连接；所述扩散段形状，其中两面按指数展开，另外两面相互平行，扩散段内表面涂白色环氧树脂漆，外表面焊接有加强筋板。
11.根据权利要求1所述的适用于大尺寸壁板结构的高声强噪声试验系统，其特征是：所述噪声控制系统包括噪声控制仪、传声计和电动气流扬声器，所述噪声控制仪与电动气流扬声器连接，噪声控制仪根据噪声试验谱向电动气流扬声器输入电压信号，控制电动气流扬声器的输出信号和功率，噪声控制仪与传声计连接，传声计测量的噪声信号输入到噪声控制仪，用于噪声控制仪内部的闭环控制运算。
12.根据权利要求1所述的适用于大尺寸壁板结构的高声强噪声试验系统，其特征是：所述噪声测量系统包括采集仪、加速度传感器、应变片和监控摄像头，所述加速度传感器和应变片均粘贴在第一、二壁板试验工件的测点位置，用于噪声试验中的振动加速度以及应变数据的测量；所述监控摄像头置于第一、二壁板试验工件的前方，用于实时监控试验件的结构状态；所述采集仪通过线缆与加速度传感器、应变片、监控摄像头连通，用于试验数据测采集和保存。
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