一种用于飞机舱室的低频减振降噪隔声壁板结构的制作方法

本发明涉及振动与噪声控制领域，尤其涉及一种具有低频减振、降噪、隔声性能的飞机舱室新型壁板结构。

背景技术：

随着飞机日益向大型、轻质、重载、高速方向发展，其面临的振动与噪声问题日益突出(振动与噪声量级过高)。飞机舱室的振动与噪声量级过高，会大幅降低飞机的乘坐舒适性，甚至影响飞机的安全性乃至整机品质。工程中必须对飞机舱室壁板结构进行减振降噪设计，即提高飞机舱室壁板结构对低频振动与噪声(辐射噪声和透射噪声)的抑制能力，从而改善飞机舱内振动与噪声环境，提高飞机的乘坐舒适性。

飞机舱室壁板结构通常由蒙皮、桁条及框肋构成，为了减少这类壁板结构的振动响应，抑制其噪声辐射，提高其隔声(抑制噪声透射)性能，采用的传统技术措施通常包括：修改结构参数、增加壁板厚度、贴敷阻尼层，但是受结构设计空间、质量条件限制，这些传统措施均难以实现低频范围(500hz以下)的高效减振、降噪及隔声效果。

近年来，“声学超材料”新概念的提出为结构的低频振动与噪声控制提供了新的技术手段和途径，其基本思想是通过将特殊设计的人工声学微结构单元(如局域共振子单元，一般简称振子)周期排列在弹性介质中，从而构成新型声学材料或结构，这类新型的声学材料或者结构具有自然界材料不具有的超常物理特性，如负质量密度、负折射、负模量等，可以实现对低频弹性波和声波的超常操控，进而产生优异的减振降噪效果。已有文献的初步研究表明，借鉴声学超材料设计思想，在简单梁、板结构上周期排布振子单元，可以使这些结构产生类似于声学超材料的超常物理特性，实现对低频弹性波和声波的超常操控。这种技术途径的难点在于针对具体应用场景，设计出相应的振子单元结构以及周期排布形式。本发明将声学超材料设计思想引入到实际工程中的飞机舱室加筋壁板结构中，基于附加周期排布振子单元的创新设计方法，打破传统设计的局限，大幅提升飞机壁板的低频减振、降噪及隔声效果。

综上所述，飞机舱室的减振降噪和隔声是减振降噪领域广泛关注的问题。受飞机舱室结构设计空间、质量条件等限制，仅采用修改结构参数、增加壁板厚度和贴敷阻尼层等传统减振降噪技术措施，难以实现低频段的减振降噪和隔声效果。“声学超材料”是一种新的有效技术途径，因此采用新兴技术实现飞机舱室的低频段减振降噪和隔声，是本领域技术人员极为关注的技术问题。目前没有文献公开本发明中采用周期排布的振子单元进行飞机舱室壁板结构的低频减振降噪的方法。

技术方案

本发明的目的是为了解决飞机舱室传统减振降噪技术中的不足，基于“声学超材料”技术思路，提供一种面向飞机舱室低频振动与噪声控制的新型壁板结构，其既具有良好的减振、降噪性能(高效抑制壁板的低频振动及其引起的辐射噪声)，又具有良好的隔声性能(高效抑制壁板的透射噪声)。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：所述壁板结构包括蒙皮1、桁条2、框肋3、振子软材料层4、振子硬材料层5，所述壁板结构的桁条2和框肋3铆接于蒙皮1的内表面(即朝舱室内部的一面，z轴的正方向)，振子软材料层4上端与振子硬材料层5下端通过固定连接构成振子单元，振子软材料层4下端与蒙皮1内表面采用固定连接，且振子沿x轴方向(平行于桁条2方向)及y轴方向(平行于框肋3方向)周期性布置于蒙皮1的内表面。

进一步地，所述振子软材料层4下端与蒙皮1内表面采用铆接、焊接或胶结进行固定连接。

进一步地，所述振子的结构形式为由振子软材料层4和振子硬材料层5形成的双层柱体，柱体的横截面可为圆形、方形、圆环形等规则形状。

进一步地，振子软材料层4上端与振子硬材料层5下端采用铆接、焊接或胶结进行固定连接形成振子单元。

进一步地，所述蒙皮1内表面周期性布置有多个振子，且振子的排布形式可为正方晶格、三角晶格、矩形晶格等形式。

进一步地，所述振子软材料层4在垂直于蒙皮1表面方向的厚度尺寸可为3mm-20mm，且振子软材料层4在平行于蒙皮1表面方向的横截面尺寸可为5mm-40mm(如宽度、长度或直径)。

进一步地，所述振子硬材料层5在垂直于蒙皮1表面方向的厚度尺寸可为3mm-30mm，且振子硬材料层5在平行于蒙皮1表面方向的横截面尺寸可为5mm-40mm(如宽度、长度或直径)。

进一步地，所述振子软材料层4和振子硬材料层5的厚度尺寸可以相同也可以不相同，振子软材料层4和振子硬材料层5的横截面尺寸可以相同也可以不相同。

进一步地，所述振子软材料层4由粘弹性材料(如硅胶、橡胶等)或金属橡胶材料制成。

进一步地，所述振子硬材料层5由金属材料(如钢、铜等)制成。

本发明具有如下技术效果：本发明用于舱室壁板振动与噪声的控制，通过合理调节振子软材料层4、振子硬材料层5的结构或材料参数，以及振子单元的周期分布，既能有效提高壁板结构对低频振动与辐射噪声的抑制效果(即提高在机械力激励下的减振、降噪性能)，又能显著增强结构的透射噪声抑制效果(即提升在声波激励下的低频隔声性能)，进而可用以改善飞机舱室的振动与噪声环境，提高飞机乘坐舒适性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。下述附图仅为本发明的一些实施例，不对本发明作任何限制。

图1为本发明的一种用于飞机舱室低频减振降噪隔声壁板结构的示意图。

图2为本发明中振子的结构示意图。

图3为本发明中振子的三种代表性截面示意图。

图4为本发明中振子的三种代表性排布形式示意图。

图5为普通飞机壁板和本发明壁板结构的振动传递率对比曲线图。

图6为普通飞机壁板和本发明壁板结构的声辐射对比曲线图。

图7为普通飞机壁板和本发明壁板结构的隔声量对比曲线图。

附图备注：1-蒙皮，2-桁条，3-框肋，4-振子软材料，5-振子硬材料。

具体实施方式

本发明结合实施例附图，对本发明进行清楚、完整地描述。本说明书结合具体实施案例的说明不对发明构成任何限制。基于本发明中的实施例，本领域技术人员基于或借鉴本发明思想轻易获得的各种变型或同等布置的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。

本发明的目的在于解决飞机舱室壁板结构低频段的减振、声辐射抑制和隔声能力不足的问题，提出一种简单可行的结构，其既能用以提高低频振动和辐射噪声的抑制效果，又能有效改善飞机舱室壁板的隔声性能。

图1为本发明提供的一种用于飞机舱室的减振降噪隔声壁板结构的示意图，所述壁板结构包括蒙皮1、桁条2、框肋3、振子软材料层4、振子硬材料层5，且振子软材料层4与振子硬材料层5组合构成振子单元(振子)，多个振子在蒙皮1的内表面沿x和y两个方向周期性布置。

优选地，为了实现振子软材料层4和蒙皮1、振子硬材料层5之间互相固定，又不增加额外的连接重量，振子软材料层4上端与振子硬材料层5下端、振子软材料层4下端与蒙皮1内表面之间均采用固定连接(如铆接、焊接、胶结)。

优选地，振子的结构形式为双层柱体(见图2)，柱体的横截面可为圆形、方形、圆环形见图3。

优选地，振子的周期性排布形式可为正方晶格、三角晶格、矩形晶格(见图4)。

优选地，所述振子软材料层4在垂直于蒙皮1表面方向的厚度尺寸可为3mm-20mm，且振子软材料层4在平行于蒙皮1表面方向的横截面尺寸可为5mm-40mm(如宽度、长度或直径)。

优选地，所述振子硬材料层5在垂直于蒙皮1表面方向的厚度尺寸可为3mm-30mm，且振子硬材料层5在平行于蒙皮1表面方向的横截面尺寸可为5mm-40mm(如宽度、长度或直径)。

优选地，振子软材料层4和振子硬材料层5的厚度尺寸可以相同也可以不相同，振子软材料层4和振子硬材料层5的横截面尺寸可以相同也可以不相同。

优选地，振子软材料层4由粘弹性材料(如橡胶材料)或金属橡胶材料制成。

优选地，振子硬材料层5可由金属材料(如钢或者铜)制成。

以下结合具体优选实施例对本发明提供的一种用于飞机舱室低频减振降噪隔声壁板结构进行详细说明。

实施例中，所述用于飞机舱室低频减振降噪隔声壁板结构，包括蒙皮1、桁条2、框肋3、振子软材料层4、振子硬材料层5，且振子软材料层4与振子硬材料层5组合构成振子单元(振子)。振子软材料层4上端与振子硬材料层5下端、振子软材料层4下端与蒙皮1内表面之间均采用胶结连接。振子的结构为双层圆柱体，柱体的横截面为圆形。振子的排布形式可为正方晶格，振子的排布间距为100mm。振子软材料层4由橡胶材料制成，在垂直于蒙皮1表面方向的厚度尺寸为5mm，且振子软材料层4在平行于蒙皮1表面方向的横截面尺寸(直径)为20mm。振子硬材料层5由钢制成，在垂直于蒙皮1表面方向的厚度尺寸为23mm，且振子硬材料层5在平行于蒙皮1表面方向的横截面尺寸(直径)为20mm。

通过实验，本发明优选实施例和未增设振子单元的原壁板在减振(振动传递率)、降噪(辐射声功率)和隔声效果(扩散场隔声量)上的对比实验结果分别如图5、图6和图7所示，结果表明，本发明的壁板结构具有良好的低频减振、降噪和隔声性能。