局域共振型声学超材料及其噪声控制

为实现宽频噪声的控制,提出一种兼有Helmholtz共振和弹簧质量系统共振的声学超材料及其控制方法。将双局域共振系统等效为两个弹簧质量系统的串联,理论计算结果表明双局域共振声学超材料能够产生两个局域共振带隙,有限元仿真验证了所建立数学模型的正确性。在对比分析共振腔腔体体积和薄膜张力对系统传递损失影响的基础上,选择通过气压调整薄膜张力实现系统传递损失的控制。实验结果表明：当驱动气压从0增加至2 kPa时,系统传递损失第一个峰值基本保持不变,第二个峰值向高频偏移150 Hz。所设计的局域共振型声学超材料在带隙范围内对低频噪声具有良好的控制效果,为宽频噪声自适应控制提供了一种方法。     

双局域共振效应声学超材料消声性能

为了有效控制低频宽带噪声,提出了一种基于亥姆霍兹共振器的双局域共振效应声学超材料。声学超材料将亥姆霍兹共振效应与弹簧质量共振效应结合,通过驱动电压控制薄膜变形,实现两个系统的共振频率同时发生变化。在建立系统数学模型的基础上,计算得到亥姆霍茨共振系统固有频率为4141 Hz,柔性薄膜系统固有频率为2868 Hz,与柔性薄膜的共振频率理论计算偏差为44%,与亥姆霍兹共振腔的共振频率理论计算偏差为097%。利用COMSOL软件的声固耦合物理场研究了声学超材料的声学性能,采用双负载法对声学超材料进行测试。结果表明:该声学超材料在低频范围内有良好的噪声控制效果,产生两个传递损失峰值,形成了双局域共振效应,可以同时对两个频率范围内的噪声进行控制。当驱动电压从0 V增加至350 V时,弹簧质量系统传递损失峰值频率从30 Hz偏移到110 Hz,变化率为228%,可以实现噪声的自适应控制,为声学超材料主动控制及优化提供一种方法。     

面向航空结构低频振动的力电耦合超材料板设计

针对航空结构低频振动控制难的问题，提出将负电容与电感电路结合设计具有优异低频振动特性的力电耦合超材料板结构。该超材料板包含作为基底的普通板结构、周期分布在板表面的压电单元及与压电单元相连的包含电感和负电容的分流电路。首先通过有效介质理论，得到了超材料板等效抗弯刚度解析表达式并进行了修正。在此基础上，通过分析负电容对等效抗弯刚度的影响阐明了负电容拓宽禁带的机制。进一步推导了禁带范围的解析表达式，研究了负电容对禁带范围和位置的影响规律，理论结果表明负电容与电感并联可以将禁带宽度拓宽至原来的20倍以上。最后，通过数值算例验证了引入负电容后力电耦合超材料板能够在目标低频范围实现很好的振动抑制效果。     

薄壁板结构随机声激励振动响应计算与分析

针对航空发动机压气机转子叶片结构声振动问题,建立了薄壁板有限元简化模型,基于耦合有限元/边界元法对薄壁板在行波加载下随机声激励振动响应进行了仿真计算,得到了在不同声压级下的应力响应结果.改变声载荷激励方向,分别对薄壁板施加单音噪声激励和宽频随机噪声激励,通过仿真计算得到了不同角度随机声激励下薄壁板振动响应频响曲线.对比分析发现,薄壁板模态振型与噪声加载方向是引起薄壁板共振的重要因素.     

软性多孔材料圆柱降噪特性实验研究

空腔噪声为气动噪声领域中重要的一部分,声衬作为一种有效的降噪措施,其原理为微穿孔板吸声体,即多个亥姆霍兹共鸣器并联,通过激发背腔共振吸收声能。声衬的吸声效果受到多个结构参数的影响,针对低速空腔气动噪声问题,通过微穿孔板吸声体原理对声衬进行多参数混合设计,并将其加装到空腔中,对比加装声衬前后空腔噪声的频谱特性,评估声衬在空腔噪声问题中的降噪效果,分析加装声衬对空腔噪声的自激振荡及声共振产生的影响。     

飞机噪声环境对结构影响的研究

本文介绍测量飞机噪声环境,获得的结构噪声载荷分布与频谱的结果,并分析了影响其量值的因素与结构声振响应特性;归纳了结构噪声载荷谱及其编制方法;简述了进行结构声疲劳试验的方法与参数选择原则和实例;列举了分析与排除声疲劳故障的方法和效益     

简化起落架噪声相似准则及马赫数比例律

真实飞机部件的气动噪声问题可以通过缩比模型气动声学试验研究,但是必须要遵循合适的相似准则。频率相似准则一般选择Helmholtz数或Strouhal数相似,而声源强度的相似准则在一定的雷诺数范围内通常采用Mach数相似。噪声随来流马赫数的比例律可用于外推风洞试验测量数据到真实飞行条件下,并判断声源类型。在北京航空航天大学D5气动声学风洞中对1/2缩比的LAnding Gear nOise database for civil aviation authority validatiON(LAGOON)简化起落架模型进行了气动声学试验研究。试验结果表明:该起落架模型的噪声频率遵循Helmholtz数相似准则而非Strouhal数相似准则。起落架噪声的马赫数比例律与频率有关,在低频范围内满足6次方关系,而在中高频范围内满足7次方关系。将D5风洞测得的噪声频谱按Helmholtz数相似及相应的马赫数比例律转换后与LAGOON原型试验结果对比,发现两者的测量结果吻合得非常好。     

烟火药水下燃烧的声辐射机理与实验研究（英文）

烟火药水下燃烧能够形成低频的水下声。法国烟火集团拉克鲁瓦防御公司研制出了一种＂烟火——声电＂声诱饵（1995）,但是至今还没有进行深入的研究与报道。本文就烟火药水下燃烧的声辐射机理进行了探讨。结果显示,其所辐射的噪声主要包括喷注噪声和气泡噪声,进一步的分析发现主要以气泡噪声为主,喷注湍流噪声为辅。为了证明此观点,实验研究了具有脉动燃烧效应的烟火药水下燃烧时的声辐射特性。     

飞机壁板结构辐射噪声的预计方法

针对飞机壁板结构,开展了自由边界及固定边界条件下辐射噪声的测量。同时,利用声学仿真软件对飞机壁板结构的声辐射特性进行了仿真建模,提出了适合于飞机壁板结构声辐射分析的建模办法,并与实验结果进行了比较。     

面向大尺度结构的力学超材料减振技术

随着航天器的大型化发展,振动控制策略已成为被广泛关注的关键技术之一,尤其针对大尺度薄膜结构的低频振动问题,传统减振方法难以发挥作用。为此,提出了基于局域共振原理的力学超材料结构,并利用该材料设计了一种新型的中低频被动减振结构,通过改变超材料单元结构可显著调控减振带隙的位置与带宽,被动减振频率最低可达100 Hz以内,对未来航天器的振动控制有一定的指导意义。     

非周期压电阻尼对失谐叶盘结构振动局部化抑制机理

将非周期压电阻尼技术引入失谐叶盘结构形成机电耦合系统,推导了机电耦合系统的动力学方程,从理论上分析了非周期压电系统对失谐叶盘结构振动局部化的抑制效果。构造了两种非周期压电系统模型:非周期压电分支模型和非周期压电网络模型。研究结果表明:与双周期压电网络系统相比,按照能量集中的程度不同连接而成的非周期压电系统具有更好的振动局部化抑制效果。在非周期压电网络系统的构造中,电阻不再是关键因素,而主要是通过电路形式改变整个叶盘结构中的能量分配情况,电感作为储能元件在其中至关重要。通过合理设计非周期压电网络电路形式,可以得到比非周期压电分支系统和双周期压电网络系统更好的振动局部化抑制效果。      

超级电容储能系统的状态识别与动态控制设计

根据变频器母线电流在电机运行于加载和制动时的不同特征,通过采集变频器母线电流实时监测电机运行状态,设计了双向DC/DC变换器模式切换与控制器通断控制电路,实时识别电机运行状态,实现对储能单元在线动态控制。通过搭建550 W的储能系统试验平台,验证了所设计状态识别与控制电路的合理性。     

双压电振子异步振动主动调制湍流边界层流向涡减阻

以热线敏感丝为感受器、单片机(MCU)为控制器、双压电振子为动作器构成闭环控制回路,实现闭环主动控制湍流边界层相干结构减阻。采用安装在壁面上的展向布置的双压电振子异步振动方式,通过对压电振子输入3种不同振动频率,得到160 Hz工况实现最大减阻率为16.03%。压电振子振动使得湍动能更大程度地集中在能量峰值周围,改变了湍流边界层近壁区的含能结构,对相干结构产生调制作用。压电振子振动频率与相干结构特征频率越接近,减阻效果越好。闭环控制中控制压电振子所需要的电能节省开环的75%,实现与开环控制相近的减阻效果。施加控制加入条件检测的条件相位平均波形时间周期略变短,以压电振子壁面扰动方式调制近壁流向涡,减小壁面摩擦阻力,获得减阻效果。      

压电元件在悬臂梁振动被动控制中的实验研究

应用阻尼技术提高结构系统的阻尼是一种十分有效的振动控制方法。根据压电元件的压电效应及其具有的电容特性，设计压电吸振器，即根据被控结构，设计RLC谐振回路，把机械结构的机械能通过回路中的电阻热能消耗掉，达到吸振的效果。用实验方法对两种谐振方案进行验证分析，得到一些指导性的结果。     

异形腔体压电声衬声学性能

为提高压电声衬对低频噪声的抑制范围,对声衬腔体进行结构优化。利用平面波理论构建了两种曲线管道的声学物理模型,并分别建立了两种模型的传递矩阵,以此作为异形腔体亥姆霍兹共振器传递损失计算的理论依据,并通过仿真验证其正确性。结合压电振子的形变对声衬进行有限元仿真分析,结果表明:在压电振子施加500V驱动电压时,两种声衬频率偏移量分别为115Hz和120Hz。与圆柱形腔体声衬进行对比结果表明:在相同腔体厚度范围内,由曲率越大的曲线所生成的腔体,在相同驱动电压条件下,频率变化率越高,这为今后对声衬腔体结构优化提供一种有效的依据。      

火电辅机变频器低压穿越直流电压补偿及其控制

针对火电辅机变频器因厂用电压跌落而触发闭锁,造成发电机组停机的问题,设计了基于变频器直流母线电压补偿的辅助穿越装置。辅机变频器采用直接转矩控制,低压穿越装置主电路采用三重交错并联升压变换器结构,在电压跌落期间维持变频器直流母线电压稳定,同时减小输出电流高频纹波。考虑到并联模块参数差异造成的均流问题,提出在传统电压电流双闭环控制的电压外环加入均流环的解决方法,消除环流,使开关管电流应力更为均衡。由于控制系统具有非线性、强耦合的特点,传统PI控制器存在局限性,所以利用模糊控制算法优化PI控制器参数整定,改善其性能。最后用仿真验证了所提方法的有效性。     

无刷直流电机直接转矩控制系统的相电流检测及处理

无刷直流电机(BLDCM)直接转矩控制系统中,相电流的正确检测是实现转矩控制的前提。研究了BLDCM电磁转矩与相电流的关系,设计了相电流检测的硬件电路与软件算法。由霍尔电流传感器检测出相电流大小,经调理电路送入DSP的AD转换模块。针对AD转换带来的偏移和增益误差,采用最小二乘法及线性拟合函数进行数据校正；针对个别数据导致的偶然误差,提出了电流复合滤波方法；针对周期性干扰,在AD校正后加入了一阶滞后滤波。试验结果证明,所采用的相电流检测与处理方式降低了电流检测误差,实现了转矩的实时观测与直接控制,有效抑制了转矩脉动。     

大功率多相变频驱动系统设计

与传统三相变频器相比,大功率多相变频驱动系统在功率不变的情况下可以通过增加相数降低电压,并在极短时间内进行飞车起动、在缺相情况下进行并网、旁路运行。整个系统具有安全可靠、系统效率高、低振动、低噪声、低成本、节能环保等优点。对高低压转换星型多相变频驱动系统拓扑结构进行了详细说明,对大功率多相变频驱动系统进行了参数与结构设计,并通过工程样机测试验证,依据数据分析、试验结果、现场运行验证了该产品的先进性。