管道声学模态波产生装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种管道声学模态波产生装置，涉及声学领域，用以增加产生的模态波的周向模态阶数。该管道声学模态波产生装置包括扬声器阵列和用于增加所述扬声器阵列输出的声学模态波的周向模态阶数的散射装置；其中，所述散射装置位于所述扬声器阵列输出的声学模态波传播方向的下游，且所述散射装置与所述扬声器阵列固定连接。上述技术方案提供的管道声学模态波产生装置，具有散射装置，且散射装置位于声学模态波传播方向的下游，散射装置能对扬声器阵列产生的模态声学模态波进行散射，从而改变声场中振幅和相位的分布，以产生高阶的声学模态。
【专利说明】管道声学模态波产生装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及声学领域，具体涉及一种管道声学模态波产生装置。
【背景技术】
[0002]声学研究中经常以特定声学模态的声波作为研究对象，例如航空发动机风扇噪声通常分解为圆柱或圆环管道中一系列声学模态波(也称为“模态声波”或“模态波”)的迭力口，其他领域中也需要研究声波沿矩形或其他截面管道的传播特性。
[0003]声学试验中，通常借助固定的扬声器阵列以产生这样的模态波。通过控制系统调节每一个扬声器发声的频率、幅值和相位，在管道中产生所需要的模态声波。受到扬声器个数的限制，用这一技术可以产生的声学模态受到比较大的限制。例如图1和图2所示的在圆柱管道端面或侧壁均匀布置8个扬声器的扬声器阵列，可以可控地产生最高周向模态为4阶的模态波。
[0004]发明人发现，现有技术中至少存在下述问题:现有的扬声器阵列，若需要更高阶的模态波，必须增加扬声器的个数，但由于管道尺寸和扬声器尺寸的限制，扬声器阵列中能够放置的扬声器个数较少，导致不能产生高阶的模态波，不能满足研究的需要。
实用新型内容
[0005]本实用新型的其中一个目的是提出一种管道声学模态波产生装置，用以增加产生的声学模态波的周向模态阶数。
[0006]为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案:
[0007]本实用新型提供了一种管道声学模态波产生装置，包括扬声器阵列和用于增加所述扬声器阵列输出的声学模态波的周向模态阶数的散射装置；
[0008]其中，所述散射装置位于所述扬声器阵列输出的声学模态波传播方向的下游，且所述散射装置与所述扬声器阵列固定连接。
[0009]如上所述的管道声学模态波产生装置，优选的是，还包括模态过滤装置；
[0010]所述模态过滤装置位于所述散射装置输出的声学模态波传播方向的下游，且所述模态过滤装置与所述散射装置固定连接。
[0011]如上所述的管道声学模态波产生装置，优选的是，所述散射装置包括筒体和设置在所述筒体内的叶片；
[0012]所述叶片的数量至少为两片，各所述叶片沿着所述筒体的径向方向均匀设置。
[0013]如上所述的管道声学模态波产生装置，优选的是，各所述叶片为平板状结构或翼型结构。
[0014]如上所述的管道声学模态波产生装置，优选的是，所述模态过滤装置的内腔为变截面结构。
[0015]如上所述的管道声学模态波产生装置，优选的是，所述模态过滤装置包括顺次固定的第一直筒、第一圆锥筒、第二直筒、第二圆锥筒和第三直筒；
[0016]所述第一圆锥筒内径大的一端与所述第一直筒固定，所述第一圆锥筒内径小的一端与所述第二直筒固定，所述第二圆锥筒内径小的一端与所述第二直筒固定，所述第二圆锥筒内径大的一端与所述第三直筒固定。
[0017]如上所述的管道声学模态波产生装置，优选的是，所述模态过滤装置的内腔腔壁上敷设有吸声材料层。
[0018]如上所述的管道声学模态波产生装置，优选的是，所述扬声器阵列和所述散射装置之间通过法兰盘和螺栓固定连接。
[0019]如上所述的管道声学模态波产生装置，优选的是，所述模态过滤装置和所述散射装置之间通过法兰盘和螺栓固定连接。
[0020]如上所述的管道声学模态波产生装置，优选的是，所述扬声器阵列包括管道和扬声器;
[0021]所述扬声器设置在所述管道的端面或侧壁上。
[0022]基于上述技术方案，本实用新型实施例至少可以产生如下技术效果:
[0023]上述技术方案提供的管道声学模态波产生装置，具有散射装置，且散射装置位于声学模态波传播方向的下游，散射装置能对扬声器阵列产生的模态声学模态波进行散射，从而改变声场中振幅和相位的分布，以产生高阶的声学模态。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中:
[0025]图1为现有技术中一种结构形式的扬声器阵列的结构示意图；
[0026]图2为现有技术中另一种结构形式的扬声器阵列的结构示意图；
[0027]图3为本实用新型实施例提供的管道声学模态波产生装置的结构示意图。
[0028]附图标记:
[0029]1、扬声器阵列；2、散射装置；3、模态过滤装置；
[0030]11、管道；12、扬声器；21、筒体；
[0031]22、叶片；31、第一直筒；32、第一圆锥筒；
[0032]33、第二直筒；34、第二圆锥筒；35、第三直筒。
【具体实施方式】
[0033]下面结合图3对本实用新型提供的技术方案进行更为详细的阐述，将本实用新型提供的任一技术手段进行替换或将本实用新型提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到的技术方案均应该在本实用新型的保护范围之内。
[0034]本文中用到的术语或名词解释:
[0035]声学模态(acoustic mode):声学模态波在管道中传播的形式,表现为声压幅值和相位的空间分布规律。
[0036]本实用新型实施例提供一种管道声学模态波产生装置，包括扬声器阵列I和用于增加扬声器阵列I输出的声学模态波的周向模态阶数的散射装置2。其中，散射装置2位于扬声器阵列I输出的声学模态波传播方向的下游，且散射装置2与扬声器阵列I固定连接。
[0037]扬声器阵列I可以米用已有技术产生低阶模态的声学模态波。扬声器阵列I可以采用已有的结构，扬声器阵列I具体可包括管道11和扬声器12。扬声器12设置在管道11的端面或侧壁上，图3以设置在管道11的端面上为例。扬声器12的数量根据扬声器12自身的结构大小以及管道11的尺寸确定，比如为8个或者其他数量。每个扬声器12上都电连接有电源和控制器，以控制各个扬声器12发出所要求的声学模态波。一般而言，扬声器阵列I能够发出的声学模态波的周向模态约等于扬声器阵列I所包括的扬声器12数量的一半，即六个扬声器12约可以产生的声学模态波的周向模态阶数为3 ;八个扬声器12约可以产生的声学模态波的周向模态阶数为4，本实施例中仍以设置八个扬声器12为例。
[0038]散射装置2位于声学模态波传播方向的下游,对扬声器阵列I产生的模态声学模态波进行散射，从而改变声场中振幅和相位的分布，产生高阶的声学模态。
[0039]进一步地，管道声学模态波产生装置还包括模态过滤装置3。模态过滤装置3位于散射装置2输出的声学模态波传播方向的下游，且模态过滤装置3与散射装置2固定连接。模态过滤装置3用于对散射装置2输出的声学模态波中特定模态的声学模态波进行选择性地衰减，使得需要的模态能量占更高的比例。模态过滤装置3例如采用一段敷设吸声装置的变截面管道，模态过滤装置3位于散射装置2声学模态波传播方向的下游。在模态过滤装置3中，具体可以利用共振、粘性、反射、截止等机理实现对声学模态波的过滤。
[0040]下面介绍散射装置2的优选实现方式。
[0041]参见图3，散射装置2包括筒体21和设置在筒体21内的叶片22。叶片22的数量至少为两片，各叶片22沿着筒体21的径向方向均匀设置。本实施例中以设置八片叶片22为例。各叶片22沿筒体21轴向方向的长度与筒体21的轴向长度一致。
[0042]例如，假设扬声器阵列I在管道11中产生周向模态为m的声学模态波，散射装置2包括沿着筒体21径向方向均匀分布的一系列形状相同的V个叶片22，则利用散射可以产生周向模态为m±kV的声学模态波，其中k取非负整数。通过调整叶片22的几何形状，可以达到改变各阶模态声学模态波幅值的目的。
[0043]实际应用中，假设需要周向模态为16的声波，那么可以先产生周向模态为-4的声波，然后用20个叶片散射，这样得到的周向模态是16，-24以及更高阶。随后用变截面管道等过滤装置将-24以及更高阶的模态过滤掉。模态前面的正、负号表示声波传播时旋转的方向。
[0044]各叶片22具体可以为平板状结构或翼型结构，本实施例中以采用平板结构为例。若为翼型结构，各个叶片22的表面的延展方向不会与筒体21的径向方向完全一致，但是还是能够大致沿着筒体21的径向方向分散设置各个叶片22。
[0045]下面介绍模态过滤装置3的优选实现方式。
[0046]模态过滤装置3的内腔为变截面结构。模态过滤装置3的内腔采用变截面结构，可以有效过滤声学模态波。
[0047]具体而言，参见图3，模态过滤装置3包括顺次固定的第一直筒31、第一圆锥筒32、第二直筒33、第二圆锥筒34和第三直筒35。第一圆锥筒32内径大的一端与第一直筒31固定，第一圆锥筒32内径小的一端与第二直筒33固定，第二圆锥筒34内径小的一端与第二直筒33固定，第二圆锥筒34内径大的一端与第三直筒35固定。
[0048]本实施例中，模态过滤装置3的内腔腔壁上还可敷设有吸声材料层。吸声材料层比如为棉质材料层等。
[0049]承上述，扬声器阵列I和散射装置2之间具体可以通过法兰盘和螺栓固定连接，但不限于此。可以将扬声器阵列I与散射装置2相连接的一端都设置为法兰状结构，然后直接使用螺栓将两者连接。这种连接方式稳固可靠，且便于拆装。
[0050]进一步地，模态过滤装置3和散射装置2之间通过法兰盘和螺栓固定连接，但不限于此。可以将模态过滤装置3与散射装置2相连接的一端都设置为法兰状结构，然后直接使用螺栓将两者连接。这种连接方式稳固可靠，且便于拆装。
[0051]上述技术方案提供的管道声学模态波产生装置，突破了扬声器12个数对模态阶数的限制，可以利用较少的扬声器12在管道11中产生高阶声学模态，达到现有技术所不能达到的效果。
[0052]在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本实用新型保护内容的限制。
[0053]如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓:“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别，如没有另行声明夕卜，上述词语并没有特殊的含义。
[0054]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本实用新型的【具体实施方式】进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。
【权利要求】
1.一种管道声学模态波产生装置，其特征在于，包括扬声器阵列和用于增加所述扬声器阵列输出的声学模态波的周向模态阶数的散射装置； 其中，所述散射装置位于所述扬声器阵列输出的声学模态波传播方向的下游，且所述散射装置与所述扬声器阵列固定连接。
2.根据权利要求1所述的管道声学模态波产生装置，其特征在于，还包括模态过滤装置； 所述模态过滤装置位于所述散射装置输出的声学模态波传播方向的下游，且所述模态过滤装置与所述散射装置固定连接。
3.根据权利要求1或2所述的管道声学模态波产生装置，其特征在于，所述散射装置包括筒体和设置在所述筒体内的叶片； 所述叶片的数量至少为两片，各所述叶片沿着所述筒体的径向方向均匀设置。
4.根据权利要求3所述的管道声学模态波产生装置，其特征在于，各所述叶片为平板状结构或翼型结构。
5.根据权利要求2所述的管道声学模态波产生装置，其特征在于，所述模态过滤装置的内腔为变截面结构。
6.根据权利要求5所述的管道声学模态波产生装置，其特征在于，所述模态过滤装置包括顺次固定的第一直筒、第一圆锥筒、第二直筒、第二圆锥筒和第三直筒； 所述第一圆锥筒内径大的一端与所述第一直筒固定，所述第一圆锥筒内径小的一端与所述第二直筒固定，所述第二圆锥筒内径小的一端与所述第二直筒固定，所述第二圆锥筒内径大的一端与所述第三直筒固定。
7.根据权利要求2、5、6任一所述的管道声学模态波产生装置，其特征在于，所述模态过滤装置的内腔腔壁上敷设有吸声材料层。
8.根据权利要求1、2、5、6任一所述的管道声学模态波产生装置，其特征在于，所述扬声器阵列和所述散射装置之间通过法兰盘和螺栓固定连接。
9.根据权利要求2、5、6任一所述的管道声学模态波产生装置，其特征在于，所述模态过滤装置和所述散射装置之间通过法兰盘和螺栓固定连接。
10.根据权利要求1或2所述的管道声学模态波产生装置，其特征在于，所述扬声器阵列包括管道和扬声器； 所述扬声器设置在所述管道的端面或侧壁上。
【文档编号】H04R1/20GK204104115SQ201420546534
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年9月23日 优先权日:2014年9月23日
【发明者】梁岸, 吴钧, 英基勇 申请人:中航商用航空发动机有限责任公司