噪声抑制结构是现代飞机发动机的基本要素。它们是由聚合物复合材料制成的蜂窝结构,由于共振相互作用而汲取声波。国际民用航空组织对此类结构吸声水平的要求也逐步趋严。为了让国产飞机工业与时俱进,彼尔姆理工大学的科学家们设计了一种“智能”降噪结构,能够在很宽的频率范畴内进行有效的吸声。
这篇发表在俄罗斯航空杂志上的文章是在俄罗斯基础研究基金会的财政支持下编写的,作为 2030 年优先战略学术领导计划的一部分。
降低飞机发动机噪音最有效的方法之一是安装谐振单元蜂窝板形式的吸音结构。它们放置在进气口的内表面以降低发动机前半球的噪音,以及放置在外风道壁上以降低发动机后半球的噪音。这种结构的设计是在计算系统抵消飞机发动机通道中声波的能力的基础上进行的。
彼尔姆理工大学的科学家们对降噪结构的单个细胞和一组此类细胞的功能进行了建模,同时考虑了之前未考虑的参数。他们通过改变电池中穿孔的直径进行了计算实验,并确定了它们相互排列的方案以获得最佳的噪声汲取效果。
具有两个相邻声学棱柱形单元的半无限圆柱形通道末端区域的片段模型
“为了实施已确定的方案,我们开发了一种模型,用于通过穿孔中内置的压电元件自适应操纵电池的共振频率,这些元件能够将机械应力转化为电荷,反之亦然。因此,压电元件将施加在其上的电压转化为变形,从而改变自适应谐振器颈部的直径。
所揭示的穿孔直径组合和元件相互排列的排列方式可以应用于吸音结构的设计,包括自适应结构,”代理项目经理说。彼尔姆理工大学复合材料与结构力学系主任,空间增强复合材料研究实验室首席研究员,技术科学候选人 Pavel Pisarev。
带有一个声学棱柱形单元的半无限圆柱形通道末端区域的片段模型
通过与实验数据的比较,证实了借助数学模型获得的结果的可靠性。该设计展现了在很宽的频率范畴内有效的吸音效果,同时重量的增加最少,这对飞机工业极为重要。
所进行的研究将改进飞机发动机的降噪技术。此外,声学谐振器中振荡过程的揭示模式也与其他应用领域相关,特别是某些类型的燃烧室的设计。
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