船用阻尼材料的研制及应用

本文着重介绍了船用阻尼材料的研制、约束阻尼的结构设计及在舰艇舱室减振降噪中的应用。 根据技术要求,用正交试验法研制出了SZN-11阻尼材料及成型工艺;用等高线法找出了ZN-10阻尼材料的最佳组分;根据NASA的阻尼理论,阻尼结构设计为材料研制提供了最佳模量范围,并由材料动态力学性能参数计算了结构参数,结合小型方板试验结果确定约束阻尼结构尺寸。 实测结果表明,约束阻尼结构较好地控制了振动及二次辐射声,各项控制措施的总效果使后士兵舱居住条件大为改善,噪声降到64dB(A)以下,达到了国际标淮。经过一年的航行试验,各项指标正常,战士们反应很好。     

分布式波浪前缘静子叶片对单级轴流风扇单音噪声影响的数值研究

为了适应逐年严苛的适航噪声标准，改善飞机噪声环境，突破航空发动机降噪技术的瓶颈，有必要开发新的降噪手段以指导叶轮机械降噪设计。本文采用URANS与FW-H方程混合方法，通过将波浪前缘构型运用在叶片流动损失较大、声源强度较强的部分后，进一步观察其气动性能和降噪效果。研究表明：与基准叶片相比，分布式波浪前缘静子叶片可以在1BPF（Blade Passing Frequency）时降低风扇入口声功率级0.67~1.9dB，2BPF时降低风扇入口声功率级1.87~4.18dB，3BPF时降低风扇入口声功率级2.4~6.8dB，同时，总压比最高提升0.027%，等熵效率最高提升0.28%。因此，分布式波浪前缘静子叶片在叶轮机械降噪方面有很好的运用前景。     

波浪前缘静子叶片对高速轴流风扇单音噪声的影响

航空发动机压气机噪声与大型风洞压缩机噪声问题日益凸显,相关研究机构迫切需求新的降噪手段以指导大型叶轮机械降噪设计。为了探索波浪前缘静子叶片在大型叶轮机械降噪中的应用前景,采用非定常雷诺平均Navier-Stoke（URANS）方程与FW-H方程混合方法对基准静子叶片和3种波浪前缘静子叶片的降噪效果进行了数值模拟,研究对象静子来流平均马赫数约为0.49,基于静子叶片弦长的雷诺数约为1 040 000。数值预测结果显示：波浪前缘静子叶片可以显著降低高速轴流风扇单音噪声,但会对风扇的气动性能产生少许不利影响;相较于基准静子叶片,3种波浪前缘静子叶片可以在1BPF时降低风扇入口声功率级0.97~1.5 dB,2BPF时降低风扇入口声功率级2.89~4.9 dB,3BPF时降低风扇入口声功率级3.32~4.72 dB;同时,总压比降低0.1%~0.8%,等熵效率降低0.1%~0.3%。进一步研究表明：不同频率下声源振幅和相位关系是风扇单音噪声强度的主要影响因素,总的来说,幅值的增加会降低声源强度,然而通过改变声源相位关系的降噪方式则需要兼顾径向模态与波长两个方面。     

低控制电压的杂交阻尼

提出一种用多层压电片和约束阻尼层在低控制电压下进行结构振动的杂交阻尼控制方式。基于各种材料的本构关系,导出了多层压电片作用在梁结构上的力和所施加的电压以及结构的运动之间的耦合关系和系统的控制微分方程。讨论了多层压电片附加位置的优化。仿真计算表明,这种杂交阻尼控制方式有着良好的振动抑制效果和较低的控制电压。     

多孔介质对圆柱-翼型干涉噪声的影响

采用LES（large eddy simulation）+FW-H（Ffowcs Williams-Hawkings）方程，研究了圆柱表面使用不同PPI（pore number per inch）和厚度的多孔介质对圆柱尾迹及圆柱-翼型干涉噪声的影响，探索了多孔介质的降噪规律和机理。结果表明：多孔介质能稳定圆柱表面的剪切层，抑制旋涡脱落，从而削弱尾迹对下游翼型的影响，圆柱单音噪声最大可降79 dB，翼型单音峰值降低13.22 dB，宽频噪声降低20 dB；多孔材料PPI的变化对降噪效果影响较小，而厚度是影响流场模态、降噪效果及气动性能的一个关键参数；多孔材料厚度合适时，圆柱-翼型流场形态为“剪切层模态”，可有效降低湍流干涉噪声；多孔材料厚度较小时，发现了一种流场形态，即“剪切层-尾迹模态”，导致翼型噪声增大；合适的多孔介质厚度不仅降噪效果显著，对圆柱-翼型的气动性能也有改善作用。     

倾斜/后掠叶片对风扇单音噪声的控制研究

为探索倾斜/后掠静子叶片对风扇单音噪声的降噪机理并指导低噪声风扇的设计,采用基于三维黏性非定常雷诺平均数值模拟(URANS)和管道声类比理论(Ducted Acoustic Analogy,DAA)的流场/声场混合计算模型(CFD/AA)研究了不同转子叶尖间隙、倾斜静子、后掠静子等对NPU-Fan单音噪声的影响。计算结果表明:随着叶尖间隙增加,在1BPF (Blade Passing Frequency)和2BPF处,风扇前传、后传气动噪声均会增加,且1BPF处单音噪声增量大于其它谐频。在研究倾斜及后掠叶片的降噪机制时,须将管道特征函数与声源的耦合过程包含在内,并且要考虑真实风扇的尾迹特性及其向下游的输运过程。风扇静子负倾斜可以提升风扇的气动效率,但会增加噪声的声功率级;正倾斜叶片能够降低噪声声功率级,但风扇气动性能会有所降低。随着倾斜角的增加,降噪量增大,当倾斜角为+30°时,各谐波阶次的降噪量均超过2.3dB。后掠静子叶片相较于倾斜设计具有更好的气动性能和降噪效果。30°后掠角对于各谐波阶次的前传噪声降噪量均大于6.3dB,降低后传噪声超过10dB。正倾斜及后掠静子的降噪效果与噪声谐波阶次、传播方向紧密相关,谐波阶次越高,降噪效果越明显。倾斜-后掠综合设计方案对于前传噪声拥有最好的降噪效果,其综合了倾斜和后掠两者的优点。     

运12飞机客舱降噪技术研究

运12飞机客舱降噪取得了14 dB(A)的降噪效果,初步成功地改善了该机客舱恶劣的噪声环境。本文概要介绍在运12飞机客舱降噪研究中所提出的综合降噪处理技术,主要包括附加蜂窝刚度夹层结构、安装动力吸振器、改进窗结构设计、更换门窗边条封闭状态等。04架试验机降噪处理前后舱内声压级测量结果的比较,表明了综合降噪处理技术具有良好的降噪效果,而增重只有运12飞机重量的0.8％。     

约束阻尼结构力学性能研究与参数优化

飞行过程中的气流扰动、机械振动使得飞机典型薄壁结构承受宽频振动,产生振动疲劳从而影响飞机结构的寿命和安全性,约束阻尼结构处理是一种经济有效的抑振手段。采用黏弹性阻尼材料和单向玻璃纤维复合材料制备两种约束阻尼结构,研究它们的阻尼和力学性能;利用有限元仿真手段对约束阻尼结构修补飞机典型悬臂梁结构的参数进行设计和分析,考察阻尼层厚度、约束层厚度以及补片尺寸对结构振动响应的影响,得到约束阻尼参数规律,并以参数优化后的约束结构为基础设计振动测试实验。结果表明：约束阻尼处理后的悬臂梁结构能有效地降低结构危险点的应变幅值;三层阻尼结构抑振效果优于双层约束阻尼,能够显著降低结构危险点在承受振动加载时的应力值,提高结构振动疲劳寿命。     

飞机蒙皮铆接过程中阻尼减振降噪方法探讨

针对铆接工作过程中振动和噪声过大影响工作人员身体健康以及装配质量等严峻问题,介绍了阻尼减振降噪技术,探讨了铆接过程中阻尼减振降噪的可行性技术,并简要的介绍了国内外在这一方面的研究成果。最后,认为利用建模仿真模拟来优化阻尼结构的设计和开发以及确定阻尼敷设的最优位置等。并总结出如何设计阻尼器以及设计一款合适的阻尼器所必需具备的几个特性。     

金属与复材机舱壁板隔声量仿真及声学优化

为研究金属及复材对机舱壁板隔声量的影响,建立了隔声量的统计能量模型,并通过均质铝板隔声量的理论计算结果及有限元仿真结果验证其有效性,利用该统计能量模型分析了不同铺层方式对复材板隔声量的影响,对比了等厚度、等面密度条件下金属板和复材板的隔声性能差异,最后通过铺设阻尼优化了复材板的隔声性能。分析结果表明：单向层厚度以及铺层层数的改变对复材板隔声量影响很小;厚度相同时,铝板的隔声量明显高于复材板,而面密度相同时,在高于2 500 Hz的高频段,铝板的隔声量高于复材板,其余频率下二者隔声量相近;阻尼优化后的复材板与优化前相比在2 500 Hz、3 150 Hz和4 000 Hz三个频率处隔声量分别提升1 dB、4.1 dB和18.6 dB,其他频率处隔声量变化较小,证明使用阻尼材料可以有效提高复材板的隔声性能。     

典型支架动力学模型修正与隔振设计

在民机研制过程中，设计要求机载设备所能承受的振动量值需高于标准中规定的量值，而实际上由于供应商设备是货架产品，不一定按照DO-160G规范中所规定标准谱开展振动环境试验。为满足设备振动环境试验要求，在支架装机使用前需要采用相应的减振措施来降低设备处响应。以某型支架为研究对象，对典型支架进行了模态及随机响应分析，并对假件及安装支架实施了正弦扫频试验。依照各方向的扫频试验数据对有限元模型各阶响应进行动力学模型修正，添加刚度及阻尼单元。修正后的模态频率误差在2%以内，相应模态频率处的峰值误差在5%以内。随后对假件支架系统开展了隔振设计，通过在支架与机身连接处增加隔振器及粘贴阻尼层的方式，使得隔振后的仿真随机响应低于DO-160G标准谱20 dB，结果表明隔振措施有效。     

低速风洞的消声降噪改造设计研究

对搬迁改造中的西北工业大学低（变）湍流度风洞进行了降噪设计研究。根据低速风洞噪声的机理及频率特性和该风洞的结构形式及风扇转速,采用两种降噪方法——主动降噪和被动降噪,对风洞进行降噪设计。主动降噪设计方法包括风扇动力段的气动、结构及振动的声学优化设计,被动降噪设计则采用在风洞洞体上安装微穿孔板,利用共振吸声技术进行降噪。结果表明：结合上述措施,55m/s风速下,相同测点和相同运行条件下,风洞噪声值下降约30%;76m/s最大设计风速下,风洞环境噪声被控制在78dB以下。     

大涵道比涡扇发动机喷流降噪实验

对大涵道比分开排气喷管的缩比模型进行了吹风实验,模拟了双涵道喷流在加热条件下的远场噪声特性,分析了4种不同几何参数的锯齿构型对喷流噪声的影响。结果表明:喷流噪声以大尺度涡产生的低频噪声为主导,主要贡献方向为下游150°附近;锯齿喷管可以有效抑制低频部分及下游方向的噪声,最高可降低峰值声压级(SPL)约6 dB;锯齿的切入程度可以显著的影响降噪量,4种锯齿构型中切入程度高的外涵锯齿构型降噪效果最优,总声压级(OASPL)最高可降低3 dB;内涵锯齿构型的降噪效果比外涵锯齿低,总声压级最高降噪量在1 dB以内;内外涵锯齿构型可以在外涵锯齿的基础上进一步抑制低频噪声,下游方向总声压级最高降噪量为17 dB。     

大阻尼高刚度复合材料仪表板的设计结构与工艺研究

设计了一种五层夹芯多层阻尼薄膜嵌入的复合材料仪表板结构,并采用多次热压罐固化成型工艺来制作该大阻尼高刚度复合材料仪表板.它们分别是:上、下蒙皮和中心层的制作,上、下蒙皮和中心层与泡沫塑料的粘接与紧固件的预埋,孔的修正及仪表板的包边加工.通过成形质量检验和加载试验,验证了成形工艺的可行性和合理性.     

纤维增强AZ91镁基复合材料的阻尼性能

纤维增强的镁基复合材料中,通过在纤维表面沉积一层热解碳而获得了一种特殊的界面层,研究了该复合材料的阻尼性能。结果表明,温度低于170℃时,纤维表面的碳涂层显著提高了复合材料的阻尼性能,相应的阻尼机制归结于位错阻尼、界面阻尼和组元的本征阻尼;高于170℃时,由于界面阻尼和晶界阻尼的贡献,没有涂层的复合材料的阻尼性能超过了有涂层的复合材料。     

内插管扩张室消声器的试验研究及其在航空发动机试车台上的应用

试车台排气噪声强，达标治理难度大，把研制的内插管扩张室消声器应用到试车台排气塔上，具有降噪效果显，性能稳定，流阻小，耐温性好，不产生二次污染和造价低的优点。现已建成8座内插管扩张室消声装置，其中A109排气塔顶最高噪声级为77dB(A)，总的降噪能力在70dB以上，为国内大型发动机试车台的消声工程全面达到工业噪声控制和环保标准提供了实例。     

结构阻尼混杂复合材料研究进展

纤维增强树脂基复合材料因其比强度比模量高、阻尼减振性能优异等优点已成为航空航天领域重要的结构材料。混杂化是实现复合材料结构承载与阻尼性能一体化的有效途径。本文以近十年结构阻尼混杂复合材料研究为基础,从微纳颗粒混杂、层内编织混杂、层间铺层混杂和插层结构混杂四个方面对结构阻尼混杂复合材料的阻尼减振性能进行了详细分析。指出了结构阻尼混杂复合材料在阻尼减振领域应用存在的问题并给出了建议。     

低温共固化高阻尼复合材料

在低温下实现了嵌入式阻尼复合材料的共固化,且共固化层合板具有良好的层间结合性能。通过正交试验研制出一种能够与玻璃纤维/酚醛树脂预浸料在80℃时共固化且力学性能优良的黏弹性材料组分。探索使用强极性的四氢呋喃作为溶剂将黏弹性阻尼材料溶解为阻尼胶浆,然后用刷涂工艺制作带阻尼薄膜的预浸料,最终按照预定的铺层经过共固化工艺制备出嵌入式低温共固化复合材料试件。自由衰减试验及层间剪切试验获得了阻尼性能及剪切性能随阻尼层厚度的变化规律曲线,实验数据表明：随着阻尼层厚度增大,复合材料结构的阻尼系数变大,层间剪切应力逐渐减小。     

排气道钛合金环形声衬声学特性试验

根据钛合金蜂窝声衬潜在的应用环境,提出了考虑温度梯度影响的环形声衬消声效果的试验方法并研制了模拟发动机风扇排气道声学试验台,开展了钛合金环形声衬的声学特性试验研究。针对2 500 Hz、2阶周向模态的入射噪声和马赫数为02的切向来流工况,设计并制备了钛合金环形声衬,分别通过管道内声模态测试和远场指向性测试研究钛合金环形声衬的声学特性。试验结果表明:设计的钛合金声衬在目标工况下管道内降噪量为319 dB,远场1 m半径、30°~120°范围内的降噪量都超过20 dB;增加切向流速会扩展降噪频谱带宽,使降噪频谱峰值由低频向高频移动;增加背板温度对降噪频谱带宽几乎没有影响,但会使得降噪频谱峰值由低频向高频移动。     

带缘板摩擦阻尼片高压涡轮叶片的减振研究

利用干摩擦阻尼对构件进行减振是1种简单又有效的方法,广泛应用于航空发动机叶片上,可以有效限制叶片的振动应力水平。针对带缘板阻尼片的高压涡轮叶片,基于滞后弹簧模型,以1次谐波平衡法与动柔度法结合为基本算法,提出了1种由气动力计算激振力的方法,并对其影响参数进行研究。对该叶片进行了稳态应力响应的计算,得到使叶片振动应力最小的最优正压力,并对阻尼片质量进行了优化分析。结果表明:现有的阻尼片质量在比较合理的范围内,可以起到较好的减振效果,为提高减振效果可适当增加阻尼片质量。