多孔吸声材料的减振降噪分析及其在整流罩中的应用

作     者：胡永松 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张亚辉

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 082503[工学-航空宇航制造工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：整流罩结构 多孔吸声材料 声学参数分析 减振降噪 

摘      要：随着运载火箭飞行任务的增加以及环境的复杂多样性,运载火箭整流罩需要适应不同卫星平台、结构布局和质量的变化,这对运载火箭的整流罩结构提出了更高的要求。运载火箭在发射和飞行阶段会受到恶劣的声振环境影响,容易造成整流罩结构疲劳破坏以及舱内电子设备失效,如何更好的实现整流罩结构的减振降噪具有重要的意义。本文首先结合有限元基础理论对整流罩结构进行模态分析并模拟了整流罩结构内部的声压级分布,然后基于板腔模型对多孔材料的种类、流阻率、曲折因子等因素展开分析,综合对比铺设厚度和重量确定五种降噪性能较好的吸声材料,最后将筛选出来的吸声材料应用到整流罩结构,并进一步对铺设厚度、覆盖率和空气声腔厚度等展开分析。本文主要工作内容包括:(1)系统梳理了声学波动方程和声波传播机理,并对多孔吸声材料的声学特性展开详细介绍。首先通过一系列假设及推导得到理想流体的基本方程,进而得到了稳态声场中声压简谐运动的Helmholtz方程;然后分类讨论了声波在不同介质传播发生反射、透射和折射的现象;最后对多孔吸声材料的吸隔声性能指标、声学模型、声学参数等进行详细分析。(2)结合有限元基本理论对整流罩耦合结构进行模态分析,分析结果表明整流罩结构耦合的重要性,然后对蒙皮结构外表面施加均布声压进行声压响应分析。(3)基于板腔模型展开降噪分析,筛选出降噪效果较好的吸声材料。首先,在板腔模型内壁铺设等厚度的泡沫和纤维多孔吸声材料,对比不同吸声材料的降噪效果;之后对影响结构吸声性能的流阻率、曲折因子和铺设厚度等因素进行分析,发现增加流阻率、减小曲折因子以及增加铺设厚度等方法可以改善结构的降噪效果;最后结合吸声材料的铺设厚度和重量,确定了塑料泡沫、铸造泡沫、非增强型玻璃纤维、岩棉和纤维毯五种降噪效果较好的吸声材料。(4)将筛选出降噪效果较好的五种多孔吸声材料应用到整流罩结构,并对铺设厚度、空气腔厚度和覆盖率展开降噪分析。通过控制在整流罩结构铺设吸声材料的厚度和重量,结果表明塑料泡沫的降噪效果最好。通过对铺设厚度、吸声材料背后空气腔厚度和覆盖率展开降噪分析发现,随着铺设厚度增加降噪效果的边际增加速度递减;覆盖率降低降噪效果变差,但降噪量的下降要低于覆盖率的下降速度;增加整流罩内壁与吸声材料的空气腔厚度,结果表明中高频降噪性能变好。