SMART STRUCTURES USING PIEZOELEMENTS FOR ACTIVE VIBRATION AND NOISE SUPPRESSION IN AVIATION AND AEROSPACE

具有减振降噪功能的压电智能结构是智能材料与结构的一个重要分支。在航空航天领域存在一些典型结构,如飞机机舱、空间站、卫星太阳能帆板和通讯天线以及直升机旋翼等,其振动与辐射噪声造成很多不利影响。为了研究这些结构的振动与噪声控制方法,制作了几个实验模型如大型薄壁复合材料圆桶、柔性梁、钢架及旋翼系统模型,通过压电传感器、驱动器布置数量和位置的优化,采用不同的控制算法,在基于个人计算机的测控平台上进行了振动控制实验,取得了明显的减振降噪效果。     

刷毛翼型尾缘噪声控制实验研究

利用具有全消声环境的低速开口风洞研究了采用翼型尾缘刷毛来控制翼型噪声的方法,研究了不同迎角情况下不同长度和间距刷毛对翼型远声场气动噪声的影响以及翼型表面压力的影响,并把该方法与锯齿尾缘降噪方法对比,研究了不同工况下两种降噪方案对降噪效果的影响。实验结果表明,翼型尾缘附加刷毛是一种可行的降噪方案,尤其对中低频段具有比较明显的降低效果;降噪效果与刷毛的间距和长度有关;尾缘刷毛与锯齿尾缘相比具有更优的降噪效果。附加刷毛对翼型壁面动态压力载荷的影响较小。     

粘弹性阻尼夹层梁的振动分析

本文采用横截面位移的几何相似假设,建立更为一般的粘弹性阻尼夹层梁的振动方程.同时给出相应的自然边界条件,然后简化到DTMM方程。基于粘弹性材料本构关系的微分算子描述,时域形式的振动方程在概念上更为清晰、严格。从时频转换角度来看,剪切参量不再存在依赖频率含糊的问题.文中还讨论了几何、物理参量对阻尼频率及损耗因子的影响,并推导出阻尼梁强迫振动稳态响应的正交模态解,指出阻尼结构的自感应现象。     

柔性锯齿形尾缘流动分离控制实验的多尺度相干结构研究

本文采用柔性锯齿形尾缘进行了流动分离控制风洞实验。利用高频响热线风速仪测量了翼型尾流场,结合瞬时强度因子迭代算法,在时域、频域提取出多尺度湍流相干结构,分析了弹性振动和柔性形变对扰动传播不稳定性的影响。实验结果表明:尾流中分离区厚度减小5%弦长,柔性锯齿形尾缘跟随来流自适应变形摆动,吸收了约20%的尾缘剪切层中的湍动能,产生的大尺度扰流涡持续传递至前缘剪切层,降低了很大范围低频带宽内的功率谱密度,具有良好的降噪效果;脱落涡中相干结构的振幅和发生频率显著削弱,对尾流分离区边界移动、大型涡包破碎和抑制传播的作用非常明显。     

飞机座舱结构声的弹性波主动控制研究

研究通过控制飞机座舱结构振动的弹性波的传播来减少由振动产生的辐射噪声的方法。制作了飞机座舱原理性模型，分析了外界气动力作用下弹性振动传播的主要路径，确定了压电元件的布置方案。利用弹性波控制的基本思想，采用IIR自适应滤波嚣识别被控通道的特性，实现对座舱结构振动的前馈控制，以抑制其辐射噪声．进行了不同单频激励下的振动和噪声控制试验，并测量了控制前后的振动和噪声。结果表明，控制后振动和噪声衰战了10dB以上。     

大型圆柱壳体切削噪声控制的实验研究

在造纸机械烘缸加工的实验缩尺模型的基础上，分析了壳体切削噪声的一般特征以及切削用量对切削噪声的影响，证明了主要声源为切削过程中工件的声辐射。通过几种降噪方案的分析、比较、确定了以隔声措施为主，提高刀杆动态特性措施为补充的降噪方案。设计制作了仅罩住工件的实验性隔声罩，并分析了其隔声性能，指出了其不足与改进措施，在此基础上，设计制作了全封闭型的实验性隔声罩，取得了２５ｄＢ（Ａ）的降噪效果，对刀杆约束阻     

低噪声通风机设计方法研究

本文阐述了风机噪声产生的原因,着重对空气动力噪声进行了机理分析。以此为根据,作者在风机设计与研究中,采用了航空上的一些先进技术,并提出了一些切实可行的降噪方法,其中有的已通过实验验证,具有良好的降噪效果。文中着重分析了风机叶片叶型对噪声的影响,并根据理论分析和实验结果,找到了精选低噪声风机叶片的主要原则。     

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.     

直升机舱内主减速器噪声控制技术研究综述

因主减速器引起的舱内中高频噪声是影响直升机乘坐舒适度的关键因素。本文从主减速器的噪声传递路径出发,梳理并总结了支撑结构、机舱壁板和声腔3方面的舱内噪声控制技术发展状况,包括被动、主动和半主动控制方法。研究结果表明,国外直升机型号主要依靠壁板阻振、隔声密封和舱内吸声等被动技术进行舱内降噪,但存在重量、经济性、控制效果等问题。基于支撑结构的减振技术为主减速器高效降噪提供了新思路,结合综合优化技术,已使某些直升机型号达到了商用飞机舱内噪声水平。中国在该领域的研究和应用较少,需根据国内直升机实际工程应用背景,在噪声传递机理、降噪设计、验证与优化等方面继续发展,形成适用于中国直升机型号研制的新方法和新思路。     

智能材料与结构及其在智能飞行器中的应用

为了满足民用和军事领域对智能飞行器日益增长的需求,在承载、连接等功能的基础上,具有自诊断、自适应、自控制、自修复等“智能功能”的智能结构应运而生。这一技术的出现显著地推动了航空领域的发展,如利用形状记忆合金作为驱动器驱动指定结构变形可以改变飞行器气动性能,而利用压电材料作为传感器和驱动器对结构进行健康监测和振动噪声控制是当前智能结构研究的重要方向。以此为背景,介绍了南京航空航天大学智能结构研究团队近十年来在智能结构方面的研究进展,以期为智能结构技术的发展与创新提供可以借鉴的思路。     

直升机气动噪声抑制与飞行测试研究进展

直升机在军用和民用领域发挥着越来越重要的作用，新的旋翼技术和构型不断出现，对直升机噪声研究需不断深入和更新。本文首先概述了旋翼（尾桨）的噪声产生机理和传播规律，并扩展到存在复杂气动或噪声干扰的共轴刚性旋翼高速直升机和倾转旋翼机；接下来介绍了直升机飞行噪声测量进展，已发展成多种测量方式作为降噪设计的验证和评估手段；然后综述了降噪设计技术的发展现状：旋翼被动降噪技术已在直升机领域得到大量应用，直升机噪声水平稳步降低；变转速控制技术和低噪声轨迹优化技术逐渐走向成熟；旋翼主动降噪技术更多地停留在实验室阶段，尚需在驱动装置、控制规律等方面开展进一步研究。最后总结了直升机降噪设计现状，并展望了未来发展方向。     

减速器壳体结构振动与辐射噪声分析

从减速器壳体的振动特性出发,对由振动引起的辐射噪声进行了深入的研究;基于声振耦合理论,运用有限元和边界元的计算方法,实现了对减速器的振动噪声的虚拟再现,为减速器的减振降噪优化设计奠定了良好的设计基础。在建立良好有限元模型基础上,计算了减速器壳体结构的振动特性以及壳体表面典型节点处的声学量。设计了减速器缩比模型试验,定性分析灌注阻尼特性对减速器壳体结构的影响。通过对比壳体结构的响应特性,分别从理论和试验上得出了灌注阻尼在测试频段内的减振效果。     

时空域相关自适应小波包声发射信号降噪方法

现有的小波变换方法在对受强噪声干扰的声发射信号降噪时,由于忽略了小波系数之间的相关性,容易造成信号失真。针对该问题,提出了一种基于时空域相关性的自适应小波包声发射信号降噪方法。算法采用自适应冗余小波变换,最大限度保留了信号的时域空域特征,并利用小波系数在时域空域上存在的相关性,提高对声发射信号及噪声的甄别能力,提升降噪效果。同时利用小波系数在空域上的相关性寻找最佳分解层数,进一步提升了算法的适应性。为了验证本文提出算法的有效性,分别在模拟声发射信号和断铅信号上添加不同程度的噪声,并进行降噪实验。实验结果表明,与其他算法相比,经过本文算法处理的信号信噪比大大提高,均方根误差也有一定程度的降低。     

智能结构中埋入式光纤传感器的研究

针对复合材料结构试件内部参量的测量提出了一种新型埋入式光纤传感器的研究方案。这种方案是采用双光敏管结构来检测干涉条纹的，运用适当的处理电路来计数条纹的移动量，并判断条纹的移动方向，从而测出复合材料构件内部物理参量的变化。对这种干涉型埋入式光纤传感器用于复合材料试件内部应变测量进行了理论推导，导出了条纹的移动量与应变的关系，并把这种传感器埋入环氧树脂复合材料梁中，对其应变进行了测量，给出了实验装置和     

构建实例库的参数模型及其应用

通过分析系统模型和IDEFO模型,提出了实例参数模型,即将切削系统的各组成参量分成4类:非控制参量,过程参量,控制参量和输出参量并以此提出了实例库的构建过程.最后根据提出的参数模型,建立了高速切削数据库系统.     

基于FDM降噪和快速谱峭度分析的转子碰摩故障诊断

针对传统分解算法在强噪声背景下提取转子碰摩弱故障特征信息效果不佳的问题,提出了基于傅里叶分解算法(FDM)降噪和快速谱峭度分析的故障诊断方法.首先利用FDM算法实现转子碰摩故障振动信号的完备性分解,依据信号峭度值准则筛选出能够最大限度保留原始振动信号故障特征信息的分量信号,同时对备选信号分量进行重构得到降噪后的故障振动...     

共振相位调制型光纤SPR传感器理论分析与数值模拟

提出了一种基于表面等离子体渡共振(Surface plasmon resonance,SPR)相位调制的新型光纤传感模型.根据光波导理论和多层反射理论,构建了涉及多个共振激励参量的理论分析模型,并研究了共振相位调制型SPR效应激励机理和特性.模拟结果表明,入射光波长、纤芯折射率和金属膜介电常数实部绝对值增大,均会导致相位跃变所对应的液体折射率检测范围向高折射率方向发生偏移;而入射光角度和金属膜虚部逐渐增大,将会引起所对应的相位调制灵敏度逐渐退化.因此通过选择共振激励参量,可以实现对折射率检测范围和灵敏度的有效调节.     

流阻渐变型后缘抑制BWB发动机噪声衍射实验研究

在翼身融合体（BWB）飞机外形布局中，利用机体部件对发动机噪声源的遮挡作用可以降低发动机对地面的噪声影响。流阻渐变分布的吸声材料可以有效抑制由于声压突然变化而导致的粒子振动速度变大，根据此边缘效应抑制机理，提出了一种新型流阻渐变型后缘来进一步降低BWB发动机对地面的噪声影响。为此，在具有全消声环境的0.55 m×0.4 m声学引导风洞中，利用"NACA0012翼型+旁侧圆柱"的简化模型类比翼身融合体飞机机体与背部发动机之间的外形布局，分别从经典声学和气动声学的角度探讨填充3种不同流阻率吸声材料的翼型后缘对旁侧噪声源衍射噪声的抑制效果，分析在不同来流风速下不同翼型后缘对另一侧声场噪声的不同影响。研究结果表明:旁侧噪声源在有翼型遮挡的情况下，噪声的声压级明显降低，最多能降低约5 dB；而将标准后缘分别更换为3种不同流阻渐变型后缘后，在不同程度上额外抑制了噪声组成中的衍射噪声，从而进一步降低了噪声；且降噪效果与流阻率正相关，其中流阻率最大的吸声材料降噪效果最好，能进一步降低噪声声压级约3 dB；可推测吸声材料流阻率在0~∞的范围中，降噪效果随流阻率r增加呈先增强后减弱的现象。     

悬停状态电控旋翼噪声主动控制试验

为研究电控旋翼襟翼高阶谐波噪声控制规律,在电控旋翼综合试验台上进行了悬停状态下的噪声主动控制试验。首先搭建了用于旋翼噪声测量和襟翼控制的测控系统,基于该系统,施加了不同谐波阶数下的襟翼幅值、相位控制,通过对试验数据的分析表明:旋翼转速为500r/min时,旋翼噪声声压级最多可降低4dB;最佳的旋翼噪声控制襟翼谐波阶数为2/rev,襟翼谐波的最优控制幅值小于6°,最优控制相位在180°~300°之间。     

智能材料结构的研究进展

智能材料结构是当前国内外研究的热门课题，进展很快。它的兴起将冲击材料研究部门，并引起了结构设计部门的变革。本文主要介绍埋入传感元件、驱动元件并采用人工神经网络、图形特征识别及新型声发射系统的三种强度自诊断智能结构，埋入形状记忆合金丝的大面积强度自适应结构，以及预报材料疲劳寿命、减振降噪、无舵面机翼和光电红外隐身等智能结构的研究进展。