一种声学黑洞消声结构

1.本发明属于噪声控制技术领域，具体涉及一种声学黑洞消声结构。


背景技术：

2.声学黑洞概念是从天体物理学中的黑洞概念引申而来。传统声学黑洞结构是指梁、板结构的厚度按照幂函数逐渐衰减至零时，结构内部弯曲波的波速逐渐减慢为零的现象，使得弯曲波不会发生反射。声学黑洞结构由于结构简单、易于实施，目前已成为控制振动的重要研究方向之一。如在申请号为201810086724.0的发明专利申请中提出通过一维声学黑洞梁实现振动结构的宽频带振动抑制。申请号为201711382962.8、202110205344.6、202010894671.2的发明专利申请中提出把声学黑洞结构用于动力吸振器，实现宽带振动控制的效果。申请号为202110538300.5的发明专利申请中提出了一种异质/异形声学黑洞与声子晶体混合的减振降噪增强结构，通过结合均匀圆形二维声学黑洞结构和楔形二维声学黑洞结构实现宽频减振降噪。申请号为202110986436.2的发明专利申请中提出了一种六边形周期声学黑洞结构，用于结构减振降噪。
3.注意到目前声学黑洞结构主要通过降低结构振动来控制噪声，并且需要在声学黑洞结构表面粘贴阻尼层，难以应用于空间消声。本发明板把声学黑洞概念用于消声器的设计，提供一种结构简单、无需吸声材料或者阻尼材料的一种声学黑洞消声结构，用于噪声的宽频控制。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种声学黑洞消声结构，结构简单、无需吸声材料或者阻尼材料，成本较低，易于实施，并且能够实现宽频吸声。
5.本发明通过如下技术方案实现。
6.一种声学黑洞消声结构，包括圆柱形空腔、支撑杆、圆板阵列，所述圆柱形空腔为两端开口结构，所述圆板阵列包括若干不同直径的圆板，所述圆板之间平行并且均匀固定在支撑杆上，所述圆板的直径从支撑杆的一端沿另一端逐渐变大，最大的圆板的直径与圆柱形空腔的内径相等，最大的圆板固定在圆柱形空腔的一端并密封圆柱形空腔的该端；圆板的直径按照幂函数逐渐变大，所述幂函数为其中指数n≥1，d表示圆板的直径，x表示任意一个圆板与最大的圆板之间的距离，l表示圆柱形空腔的长度，d1表示圆板最小直径，d0与d1之和表示圆柱形空腔(1)内径。
7.进一步，所支撑杆为圆柱形，所支撑杆的长度与所述圆柱形空腔的长度相等。
8.进一步，圆板阵列的所有圆板在圆心开孔，孔径大于等于支撑杆直径。
9.进一步，所述圆板与支撑杆垂直，圆板通过强力胶水、焊接或者螺栓固定在支撑杆上。
10.进一步，所有圆板的厚度不大于2mm。
11.进一步，圆板阵列中最小的圆板的直径d1不大于5mm。
12.与现有技术相比，本发明的优点是：本发明结构简单，不需要按照额外的吸声材料或者阻尼材料，所以本发明成本较低，易于实施，并且能够实现宽频吸声。
附图说明
13.图1为本发明的示意图；
14.图2为本发明的分解立体示意图；
15.图3为本发明的声学黑洞消声结构的吸声系数随入射噪声频率的变化曲线；
16.图中：1、圆柱形空腔，2、支撑杆，3、圆板。
具体实施方式
17.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
18.如图1至图2所示，一种声学黑洞消声结构，包括圆柱形空腔1、支撑杆2、圆板阵列，所述圆柱形空腔1为两端开口结构，所述圆板阵列包括若干不同直径的圆板3，所述圆板3之间平行并且均匀固定在支撑杆2上，所述圆板3的直径从支撑杆2的一端沿另一端逐渐变大，最大的圆板3的直径与圆柱形空腔1的内径相等，最大的圆板3固定在圆柱形空腔1的一端并密封圆柱形空腔1的该端；圆板3的直径按照幂函数逐渐变大，所述幂函数为其中指数n≥1，d表示圆板3的直径，x表示任意一个圆板3与最大的圆板3之间的距离，l表示圆柱形空腔1的长度，d1表示圆板最小直径，(d0+d1)表示圆柱形空腔(1)内径，d0与d1之和表示圆柱形空腔(1)内径。。
19.进一步，所支撑杆2为圆柱形，所支撑杆2的长度与所述圆柱形空腔1的长度相等。
20.进一步，圆板阵列的所有圆板3在圆心开孔，孔径大于等于支撑杆2直径。
21.进一步，所述圆板3与支撑杆2垂直，圆板3通过强力胶水、焊接或者螺栓固定在支撑杆2上。
22.进一步，所有圆板3的厚度不大于2mm。
23.进一步，圆板阵列中最小的圆板的直径d1不大于5mm。
24.作为本发明的优选的实施方式，所述圆柱形空腔1、支撑杆2和圆板阵列可选择铝合金、有机玻璃或光敏树脂来制造。所述支撑杆2的直径在2-5mm之间，所述圆板阵列中的圆板3厚度在0.5mm-1mm之间。所述圆板3之间的间距为小于20mm。
25.在本实施例中，选取圆柱形空腔1的长度l和内径(d0+d1)分别为252mm和100mm，支撑杆2长度和直径分别为252mm和1mm，圆板阵列中所有圆板3厚度均为1mm，圆板阵列的数量为18个，相邻圆板3之间的空隙距离为13mm，圆板3直径从小到大依次按照幂函数为排列，圆板阵列中最小圆板的直径d1为5mm。
26.本实施例中，利用传递矩阵法计算分别计算了指数n＝1和n＝2时本发明所述的一种声学黑洞消声结构的吸声系数曲线，如图3所示。图中实线表示指数n＝1时的吸声系数，虚线表示指数n＝2时的吸声系数。从数值计算结果可以发现，在频率大于150hz时，吸声系
数均大于0.5，在频率大于600hz时，吸声系数超过0.9，这表明本发明所述的一种声学黑洞消声结构有良好的宽频吸声特性。
27.以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所做出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。


技术特征：
1.一种声学黑洞消声结构，其特征在于，包括圆柱形空腔(1)、支撑杆(2)、圆板阵列，所述圆柱形空腔(1)为两端开口结构，所述圆板阵列包括若干不同直径的圆板(3)，所述圆板(3)之间平行并且均匀固定在支撑杆(2)上，所述圆板(3)的直径从支撑杆(2)的一端沿另一端逐渐变大，最大的圆板(3)的直径与圆柱形空腔(1)的内径相等，最大的圆板(3)固定在圆柱形空腔(1)的一端并密封圆柱形空腔(1)的该端；圆板(3)的直径按照幂函数逐渐变大，所述幂函数为其中指数n≥1，d表示圆板(3)的直径，x表示任意一个圆板(3)与最大的圆板(3)之间的距离，l表示圆柱形空腔(1)的长度，d1表示圆板最小直径，d0与d1之和表示圆柱形空腔(1)内径。2.根据权利要求1所述的声学黑洞消声结构，其特征在于，所支撑杆(2)为圆柱形，所支撑杆(2)的长度与所述圆柱形空腔(1)的长度相等。3.根据权利要求1所述的声学黑洞消声结构，其特征在于，圆板阵列的所有圆板(3)在圆心开孔，孔径大于等于支撑杆(2)直径。4.根据权利要求1所述的声学黑洞消声结构，其特征在于，所述圆板(3)与支撑杆(2)垂直，圆板(3)通过强力胶水、焊接或者螺栓固定在支撑杆(2)上。5.根据权利要求1所述的声学黑洞消声结构，其特征在于，所有圆板(3)的厚度不大于2mm。6.根据权利要求1所述的声学黑洞消声结构，其特征在于，圆板阵列中最小的圆板(3)的直径d1不大于5mm。

技术总结
本发明涉及一种声学黑洞消声结构，包括圆柱形空腔、支撑杆、圆板阵列，所述圆柱形空腔为两端开口结构，所述圆板阵列包括若干不同直径的圆板，所述圆板之间平行并且均匀固定在支撑杆上，所述圆板的直径从支撑杆的一端沿另一端逐渐变大，最大的圆板的直径与圆柱形空腔的内径相等，最大的圆板固定在圆柱形空腔的一端并密封圆柱形空腔的该端；圆板的直径按照幂函数逐渐变大，所述幂函数为其中指数n≥1，d表示圆板的直径，x表示任意一个圆板与最大的圆板之间的距离，L表示圆柱形空腔的长度，D1表示圆板最小直径，D0与D1之和表示圆柱形空腔(1)内径。本发明结构简单，不需要按照额外的吸声材料或者阻尼材料，所以本发明成本较低，易于实施，并且能够实现宽频吸声。并且能够实现宽频吸声。并且能够实现宽频吸声。


技术研发人员：毛崎波 赖龙程 王恒
受保护的技术使用者：南昌航空大学
技术研发日：2022.03.04
技术公布日：2022/6/4