内置穿孔板式亥姆霍兹共振器及基于其的低频宽带吸声结构制造技术

本发明专利技术属于低频减振降噪领域，具体涉及内置穿孔板式亥姆霍兹共振器及基于其的低频宽带吸声结构，每个单元具有特定频率的吸声峰值，多个单元并列耦合后，该结构可具有一个连续的低频完美吸声宽带。其中内置穿孔式亥姆霍兹共振器，通过设置一个或多个隔板，可以提供两个或多个峰值，因此将吸声频带进一步加宽；同时可以与普通亥姆霍兹共振器配合使用，更加灵活地调节峰值位置。最终，通过严格调节各单元的参数和峰值位置，结构厚度尺寸为60mm(1/60波长)时，在450Hz‑1360Hz范围内获得几乎100％的连续吸声宽带，相对于目前成熟的结构具有很大的优势和工程应用潜力。

【技术实现步骤摘要】
内置穿孔板式亥姆霍兹共振器及基于其的低频宽带吸声结构
本专利技术属于低频减振降噪领域，具体涉及内置穿孔板式亥姆霍兹共振器及基于其的低频宽带吸声结构。
技术介绍
低频噪声(200Hz～1500Hz)目前是全球工程界亟需处理的难点问题，其在汽车、舰船、飞机和列车中更为明显，已经严重制约了这些装备性能的发展。例如，在汽车上，舱内低频噪声可以引起人体部分器官的共振，造成强烈的不适感，降低了其舒适性品质；在大型运输机上，低频噪声的存在使得机务舱内噪声高达100dB以上而无法消除，使得机务人员无法长时间进行工作，效率降低；而对于潜艇则更为严重，现代声呐及鱼雷的性能有了明显的提高，声呐探测距离越来越远，其频率范围亦逐渐向低频移动，由于低频噪声的存在，潜艇极易被敌方声呐探测发现。而传统的低频声学材料，耗散效率降低且结构尺寸庞大(1/4波长)，无法有效进行工程应用。因此，如何设计小尺度的吸声结构来有效地吸收或降低低频噪声目前已经成为了一项迫在眉睫的研究工作。声学超材料的提出为解决低频吸声难题提供了全新的思路，并衍生出了多种典型的低频吸声结构，其中最具代表性的有薄膜型结构和空间折叠型结构。其中薄膜型结构在100Hz～1000Hz范围内具有接近100％的吸声效果，但是薄膜很容易遭到外部环境的破坏，不利于工程应用；空间折叠型结构可以有效地降低结构的厚度，并在低频范围内取得几乎100％的吸声效果，当采用多个单元并列时，就可以获得连续的低频宽带吸声。但是，目前这种结构每个单元只能提供一个峰值，由于单元数量受到结构平均阻抗的限制，多单元并列结构的吸声带宽也会限制在一定范围内。因此，在不改变结构尺寸(厚度)的前提下，如果每个单元可以提供多个峰值，结构的吸声带宽就可以进一步增大，具有重要的工程应用价值。
技术实现思路
本专利技术主要针对空气中低频段噪声的吸收问题，设计了一种内置穿孔板式亥姆霍兹共振器及基于其的低频宽带吸声结构，该低频宽带吸声结构为多单元低频宽带吸声结构。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：内置穿孔板式亥姆霍兹共振器，包括亥姆霍兹共振器，亥姆霍兹共振器内部设置有将其内腔分割为至少两个腔室的隔板，隔板上开设有隔板小孔，隔板小孔为通孔。隔板上开设有一个或两个以上隔板小孔。小孔的形状为圆形、方形或椭圆形。一种基于内置穿孔板式亥姆霍兹共振器的低频宽带吸声结构，包括刚性的框架，框架内设有至少两个空腔共振器，共振器中至少有一个为内置穿孔板式亥姆霍兹共振器。空腔共振器中还包括亥姆霍兹共振器。厚度较大的空腔共振器进行空间折叠，其下端延伸至厚度较小的空腔共振器下方。空腔共振器的个数为6～15个。框架内设有八个空腔共振器，八个空腔共振器中四个为亥姆霍兹共振器，其余为内置穿孔板式亥姆霍兹共振器；四个亥姆霍兹共振器分别记作第一亥姆霍兹共振器、第二亥姆霍兹共振器、第三亥姆霍兹共振器和第四亥姆霍兹共振器；第一亥姆霍兹共振器、第二亥姆霍兹共振器、第三亥姆霍兹共振器和第四亥姆霍兹共振器的表层小孔的直径分别为1.5mm、1.4mm、1.4mm和1.4mm，厚度分别为41mm、30mm、25mm和21mm；四个内置穿孔板式亥姆霍兹共振器均设置有一个隔板，四个内置穿孔板式亥姆霍兹共振器分别记作第一内置穿孔板式亥姆霍兹共振器、第二内置穿孔板式亥姆霍兹共振器、第三内置穿孔板式亥姆霍兹共振器和第四内置穿孔板式亥姆霍兹共振器；第一内置穿孔板式亥姆霍兹共振器、第二内置穿孔板式亥姆霍兹共振器、第三内置穿孔板式亥姆霍兹共振器和第四内置穿孔板式亥姆霍兹共振器的表层小孔的直径分别为2.7mm、2.8mm、3.1mm和3.1mm，隔板小孔13的直径分别为1.3mm、1.1mm、1.1mm和1.0mm，第一腔室的厚度分别为60mm、48mm、45mm和39mm，第二腔室的厚度分别为43mm、33mm、27mm和20mm；其中，第一腔室为隔板至内置穿孔板式亥姆霍兹共振器顶部的空腔厚度，第二腔室为隔板至内置穿孔板式亥姆霍兹共振器底部的空腔厚度。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术的内置穿孔板式亥姆霍兹共振器是通过在亥姆霍兹共振器内部设置将其内腔分割为至少两个腔室的隔板，隔板上开设有隔板小孔，隔板小孔为通孔，因此在不改变外形尺寸的情况下，本专利技术的内置穿孔板式亥姆霍兹共振器能够具有两个或两个以上的吸声峰值，其中第一个峰值与原来亥姆霍兹共振器的峰值基本保持不变。本专利技术的基于内置穿孔板式亥姆霍兹共振器的低频宽带吸声结构在刚性的框架内开设至少两个空腔共振器，空腔共振器中至少有一个为内置穿孔板式亥姆霍兹共振器，由于内置穿孔板式亥姆霍兹共振器具有两个或两个以上的吸声峰值，因此能够使本专利技术低频宽带吸声结构的每个单元的吸声峰值具有不同的频段，通过多个单元(即空腔共振器)并列耦合的方式可以在低频范围内形成连续的更宽的吸声频带，能够有效的进行降噪。附图说明图1为本专利技术基于内置穿孔板式亥姆霍兹共振器的低频宽带吸声结构的外形示意图。图2为本专利技术低频宽带吸声结构的内部空腔三维结构示意图。图3为本专利技术的内部空腔结构图2中Y轴负方向视图。图4为本专利技术的内部空腔结构图2中Y轴正方向视图。图5为本专利技术实施例的实验测试吸声系数。图中，1-第一亥姆霍兹共振器，2-第二亥姆霍兹共振器，3-第三亥姆霍兹共振器，4-第四亥姆霍兹共振器，5-第一内置穿孔板式亥姆霍兹共振器，6-第二内置穿孔板式亥姆霍兹共振器，7-第三内置穿孔板式亥姆霍兹共振器，8-第四内置穿孔板式亥姆霍兹共振器，9-框架，10-表层小孔，11-空腔，12-隔板，13-隔板小孔。具体实施方式以下结合幅图和具体实施案例对本专利技术提供进一步说明。参照图1～图4，本专利技术的内置穿孔板式亥姆霍兹共振器，包括亥姆霍兹共振器，亥姆霍兹共振器内部设置有将其内腔分割为至少两个腔室的隔板12，隔板12上开设有隔板小孔13，隔板小孔13为通孔。该内置穿孔板式亥姆霍兹共振器是通过在亥姆霍兹共振器内部添加一个或多个具有小孔的隔板12构成，隔板将原来的单自由度系统变为多自由度系统，在不改变外形尺寸的情况下，内置穿孔板式亥姆霍兹共振器具有两个或多个吸声峰值，将结构的吸声频带进一步加宽，其中第一个峰值与原来的亥姆霍兹共振器的吸声峰值相比基本保持不变。在表层小孔10和隔板小孔13参数固定的情况下，第一个峰值频率与内部总空腔容积有关，其他的峰值频率主要受隔板12的位置的影响，例如，当只有一个隔板时，第二个峰值频率主要由隔板上方的空腔容积决定，容积越大，峰值频率越低。作为本专利技术优选的实施方案，本专利技术的内置穿孔板式亥姆霍兹共振器隔板12上开设有一个或两个以上隔板小孔13，小孔13将系统由单自由度系统转换为多自由度系统，且小孔的形状不做严格要求，如圆形、方形或椭圆形等。小孔13在隔板12上均匀分布，小孔13的数量和直径根据具体的阻尼要求计算确定，小孔数量越多，直径越大，其等效阻尼越小；通常情况下，采用一个位于中心的圆孔即可满足设计要求。如图1～图4所示，本专利技术的基于内置穿孔板式亥姆霍兹共振器的低频宽带吸声结构，包括刚性的框架9，框架9内设有至少两个空腔共振器，空腔共振器中至少有一个为内置穿孔板式亥姆霍兹共振器。同时，亥姆霍兹共振器也可以作为该低频宽带吸声结构的部分单元与内置穿孔板式亥姆霍兹共本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.内置穿孔板式亥姆霍兹共振器，其特征在于，包括亥姆霍兹共振器，亥姆霍兹共振器内部设置有将其内腔分割为至少两个腔室的隔板(12)，隔板(12)上开设有隔板小孔(13)，隔板小孔(13)为通孔。

【技术特征摘要】
1.内置穿孔板式亥姆霍兹共振器，其特征在于，包括亥姆霍兹共振器，亥姆霍兹共振器内部设置有将其内腔分割为至少两个腔室的隔板(12)，隔板(12)上开设有隔板小孔(13)，隔板小孔(13)为通孔。2.根据权利要求1所述的内置穿孔板式亥姆霍兹共振器，其特征在于，隔板(12)上开设有一个或两个以上隔板小孔(13)。3.根据权利要求1所述的内置穿孔板式亥姆霍兹共振器，其特征在于，小孔(13)的形状为圆形、方形或椭圆形。4.一种基于内置穿孔板式亥姆霍兹共振器的低频宽带吸声结构，其特征在于，包括刚性的框架(9)，框架(9)内设有至少两个空腔共振器，空腔共振器中至少有一个为如权利要求1-3任意一项所述的内置穿孔板式亥姆霍兹共振器。5.根据权利要求4所述的一种基于内置穿孔板式亥姆霍兹共振器的低频宽带吸声结构，其特征在于，空腔共振器中还包括亥姆霍兹共振器。6.根据权利要求4所述的一种基于内置穿孔板式亥姆霍兹共振器的低频宽带吸声结构，其特征在于，厚度较大的空腔共振器进行空间折叠，其下端延伸至厚度较小的空腔共振器下方。7.根据权利要求4所述的一种基于内置穿孔板式亥姆霍兹共振器的低频宽带吸声结构，其特征在于，空腔共振器的个数为6～15个。8.根据权利要求4所述的一种基于内置穿孔板式亥姆霍兹共振器的低频宽带吸声结构，其特征在于，框架(9)内设有八个空腔共振器，八个空腔共振器中四个为亥姆霍兹共振器，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴九汇，刘崇锐，陈煦，马富银，杨征睿，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61