[发明专利]一种新型仿生复合吸声结构

说明书

本发明提出了一种新型四元仿生复合吸声结构，由纤维、薄膜、空心柱体和多孔泡沫铝四部分组成。其中，最上面一层纤维材料，可以采用鹅毛、毛线、棉布等天然或无机或合成纤维材料，模拟鸮覆羽；第二层是薄膜材料，模拟鸮表层皮肤；第三层是空心柱体，模拟鸮皮肤下空腔结构，与第二层薄膜、第四层泡沫铝之间均用胶粘方式固定；最下面的基体结构为多孔泡沫铝，模拟鸮皮肤下层组织。本发明更加准确了模拟了长耳鸮皮肤和覆羽生理结构中影响吸声特性的主要因素，相对已有的仿生结构，吸声效果更佳，而相对现有的传统泡沫铝吸声结构而言，在大大降低成本和重量的同时，能有效增大中低频的吸声系数。

技术领域

本发明涉及吸声降噪领域，具体为一种新型仿生复合吸声结构。

背景技术

随着现代工业的发展，人们生活水平的提高，人们对居住环境的要求越来越高，其中，噪声污染成为了全世界面临的难题之一，应用吸声材料和吸声结构是一种减少噪声污染的重要手段。

仿生声学是介于仿生学和声学之间的一门边缘学科，也是一门非常宽广的交叉学科。模仿鸟类翅膀将飞机的机翼设计成流线型、仿海豚发声研制出声呐系统都是仿生声学在人类工程中的成功案例。同样，我们可以将仿生学运用于吸声结构的设计中，以期获得更加优越的吸声结构，克服传统吸声结构在中低频吸声效果不理想的瓶颈。

鸮类在飞行过程中具有非常好的静音能力这个特点已经被学者发现，并且开始开展深入研究。王永华等人利用类比方法对长耳鸮的翅膀开展了仿生结构设计，他们以聚氨酯为基材，仿鸮类结构特征设计出梯形棱纹表面、背衬空腔的二元仿生模型，然后采用有限元数值方法计算了平面表面、梯形棱纹表面以及是否在表面后面带背衬空腔的仿生模型的声阻抗和吸声系数，从计算结果可以看出，其所设计的仿生耦合模型的吸声性能很可观，但仍有提高的空间。孙少明等利用激光扫描仪系统对长耳鸮的翼进行测量，提取其形态特征信息，进行逆向重构建模，以标准翼型NACA0015为基准，对飞机翼前缘部分进行非光滑设计，建立了仿生类比模型，采用计算气动声学方法，对仿生模型的降噪特性进行了数值模拟，结果表明，仿生非光滑模型比光滑模型可降低气流噪声5dB～10dB。

发明内容

为了克服传统泡沫铝吸声结构在中低频吸声效果不理想的瓶颈，本发明仍然从长耳鸮皮肤和覆羽的仿生吸声特性出发，发现长耳鸮皮肤和覆羽的生理结构中影响吸声特性的主要因素，设计出更加符合长耳鸮结构特征和吸声特性的四元仿生复合吸声结构，并考虑重量和成本的因素，加工出相比于传统泡沫铝吸声结构更轻的仿生结构。基于传递函数方法，利用驻波管测量仿生吸声结构的吸声系数，得到该结构比传统吸声结构在吸声性能方面优越的结论。

本发明的主要内容为吸声结构，它由纤维、薄膜、空心柱体和多孔泡沫铝四部分组成。依据长耳鸮的覆羽、皮肤与皮下组织的生理组成特性，四个组成部分的组装顺序为：纤维、薄膜、空心柱体、多孔泡沫铝。其中，最上面一层纤维材料，可以采用鹅毛、毛线、棉布等天然或无机或合成纤维材料，模拟鸮覆羽；第二层是薄膜材料，模拟鸮表层皮肤；第三层是空心柱体，模拟鸮皮肤下空腔结构，与第二层薄膜、第四层泡沫铝之间均用胶粘方式固定；最下面的基体结构为多孔泡沫铝，模拟鸮皮肤下层组织。

基于上述原理，本发明的技术方案为：

所述一种新型仿生复合吸声结构，其特征在于：采用四层结构，依次为纤维、薄膜、空心柱体和多孔泡沫铝；

所述纤维模拟鸮覆羽，黏贴固定在薄膜上，且纤维材料黏贴在薄膜上的覆盖率不低于30％，纤维材料长度不小于1cm；

所述薄膜模拟鸮表层皮肤，具有不小于50％的孔隙率，厚度在0.038mm～0.1mm之间；

所述空心柱体模拟鸮皮肤下空腔结构；所述空心柱体高度不小于多孔泡沫铝厚度的2.5倍，空腔结构的数量由空腔结构总面积与多孔泡沫铝面积之比决定，空腔结构总面积与多孔泡沫铝面积之比不小于2％；空心柱体两端黏贴固定在薄膜和多孔泡沫铝上；