一种基于机电耦合的低频吸声结构研究

The objective of this program is to develop a low frequency semi-active sound absorber.The sound sborber is constructed of several semi-active cells which are made of thin panels and piezoelectric material with shunt circuits.Firstly the sound absorption coefficient of the structure in diffuse sound field will be derived. The locations of the piezoelectric materials on the panel are decided by maximizing their effective strain energy. The resistors and inductors of the shunting circuits are also optimized. Secondly the sound absorption characteristics of the semi-active sound absorber are investigated in the reverberant room. Finally the semi-active sound absorbers are installed between double plates for evaluation in the fuselage. The measurements are also conducted in the sound proof room and in the laboratory aircraft module.

本课题旨在研究一种新型的低频半主动吸声结构，该吸声结构由多个半主动吸声单元组成，每个吸声单元由薄板和带分流电路的压电结构组成。为了研究吸声结构在扩散声场内的吸声性能，首先从理论上建立多个半主动吸声单元在扩散声场内的分析模型，导出吸声系数和分流电路参数之间的关系，进一步对压电结构在薄板上的布局和分流电路参数进行优化；然后在混响室扩散声场内实验研究半主动吸声构件的吸声性能，并验证理论分析结果；最后在隔声室和飞机模型舱段上理论和实验研究这种半主动吸声构件用于飞机蒙皮和内饰板间控制低频线谱噪声的可行性。

低频噪声控制一直是声学工作者和噪声工程师面临的一个重要科学问题，其难点是在有限尺寸和重量的条件下实现对大波长声波的控制。本课题主要是研究一种基于压电分流阻尼技术的低频半主动吸声结构，用于控制低频线谱噪声的传播。其中在扩散声场内的吸声理论、控制电路设计、半主动隔声实验、新型低频被动吸声结构等方面取得了一系列的重要研究进展。建立了扩散声场吸声系数分析模型，可用于分析和优化随机入射声场内半主动吸声结构的吸声特性；开展了互辐射模态对声辐射计算的影响研究，利用数值方法分析了不同激励下互辐射模态对振动和声辐射计算的影响；获得了各种电路形式对压电结构弹性和阻尼特性的影响规律；研究了半主动吸声单元及其阵列控制壁板隔声的实验效果，可以有效控制线谱噪声10dB以上，并且具有一定带宽，在所研究的频率范围可以达到20-30Hz频率带宽；提出了一种新型的低频被动吸隔声结构，克服了传统微穿孔板吸声结构和管束穿孔板吸声结构在体积和重量上的限制。本课题部分研究成果有可能应用于高速运载工具飞机、高铁、舰船等低频噪声控制。