本發(fā)明涉及管路噪聲治理新材料、新，具體是一種新型輕質(zhì)耐壓多功能超材料管路消聲器系統(tǒng)，有望應(yīng)用于現(xiàn)代化工、船艦、航空航天、海洋和核工業(yè)等領(lǐng)域中的輸液管路系統(tǒng)的噪聲控制領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、輸液管路系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、艦船、航空航天、海洋和核工業(yè)等領(lǐng)域之中，主要用于承載流體的傳播，以傳遞能量、動(dòng)量和質(zhì)量，廣泛應(yīng)用于艦艇、飛機(jī)、火箭、軌道交通等裝備中。流體在管路系統(tǒng)中流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生壓力波脈動(dòng)，與管壁結(jié)構(gòu)振動(dòng)容易方式相互耦合作用，進(jìn)而產(chǎn)生強(qiáng)烈的噪聲。

2、海水管路系統(tǒng)噪聲主要可分為管壁結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲和管內(nèi)流體噪聲，其中，在管口總輻射噪聲中，管路流噪聲影響最大，其在管內(nèi)流體介質(zhì)中傳播補(bǔ)給你衰減小而且傳播距離遠(yuǎn)。對(duì)于海水管路系統(tǒng)噪聲進(jìn)行控制的基本途徑一般是從噪聲源的控制和噪聲傳播途徑控制入手。對(duì)于流噪聲控制，噪聲源控制往往是設(shè)計(jì)和采用低噪聲泵、低噪聲閥門等，然而，由于離心泵本身的結(jié)構(gòu)特性、閥門等控制元件功能特點(diǎn)，其往往僅能在一定程度上減小，不可能完全消除，而且機(jī)械、船舶等工況多變，泵、閥門等突然啟閉而引起的噪聲難以避免。而在流噪聲傳播路徑上對(duì)其進(jìn)行控制則變得十分可行，最常見措施便是安裝消聲器單元。然而，現(xiàn)有管路消聲器或是低頻消聲頻帶過(guò)窄(如共振式消聲器雖然可以在較低頻帶內(nèi)對(duì)流噪聲進(jìn)行衰減抑制，但其消聲頻帶窄)，或是消聲頻率過(guò)高(如擴(kuò)張式消聲器雖然在中高頻呢消聲效果顯著，但其低頻消聲效果受空間限制，效果有限)，仍難以滿足海水管路系統(tǒng)噪聲的低頻寬帶控制要求。此外，隨著航天航天、遠(yuǎn)洋航海等領(lǐng)域的高速發(fā)展，流體動(dòng)力技術(shù)向高壓、輕質(zhì)、大流量和大功率發(fā)展，因而，開展新型多功能管路噪聲控制系統(tǒng)的需求十分迫切。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供一種新型輕質(zhì)耐壓多功能超材料管路消聲器系統(tǒng)，將聲學(xué)/力學(xué)超材料超常物理效應(yīng)引入到結(jié)構(gòu)的減振降噪設(shè)計(jì)中，從而有效解決如何在高耐壓、小尺寸條件下實(shí)現(xiàn)裝備中管路系統(tǒng)低頻寬帶消聲器系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)的問(wèn)題，為廣泛應(yīng)用于航空航海工程、機(jī)械工程等重大領(lǐng)域中的管路系統(tǒng)多功能一體化設(shè)計(jì)提供具有良好應(yīng)用前景的解決方案。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種新型輕質(zhì)耐壓多功能超材料管路消聲器系統(tǒng)，包括管路結(jié)構(gòu)的擴(kuò)張段、基礎(chǔ)段與過(guò)渡段；

3、所述擴(kuò)張段的兩端分別通過(guò)所述過(guò)渡段連接有所述基礎(chǔ)段，所述擴(kuò)張段的內(nèi)徑大于所述基礎(chǔ)段的外徑；

4、所述擴(kuò)張段包括至少一個(gè)環(huán)形結(jié)構(gòu)的超材料基環(huán)，當(dāng)所述擴(kuò)張段上超材料基環(huán)的數(shù)量為兩個(gè)以上時(shí)，各所述超材料基環(huán)沿軸向依次相連；

5、所述超材料基環(huán)包括若干沿環(huán)向依次相連的各向異性超構(gòu)殼單元，所述各向異性超構(gòu)殼單元包括剛性支撐骨架與柔性支撐材料；

6、所述剛性支撐骨架上具有至少一個(gè)孔洞，相鄰的兩所述各向異性超構(gòu)殼單元的所述剛性支撐骨架相連，所述柔性支撐材料填充在所述剛性支撐骨架的孔洞上以及相鄰兩所述剛性支撐骨架之間。

7、在其中一個(gè)實(shí)施例，所述擴(kuò)張段的內(nèi)徑至少為所述基礎(chǔ)段外徑的1.1倍。

8、在其中一個(gè)實(shí)施例，所述剛性支撐骨架所用材料的彈性模量高于所述柔性支撐材料至少一個(gè)數(shù)量級(jí)。

9、在其中一個(gè)實(shí)施例，所述柔性支撐材料由單一材料制成，或所述柔性支撐材料由兩種以上的材料混合制成。

10、在其中一個(gè)實(shí)施例，所述柔性支撐材料在所述擴(kuò)張段的外壁部分覆蓋所述剛性支撐骨架；和/或

11、所述柔性支撐材料在所述擴(kuò)張段的內(nèi)壁部分覆蓋所述剛性支撐骨架。

12、在其中一個(gè)實(shí)施例，所述擴(kuò)張段的外壁和/或內(nèi)壁上鋪設(shè)有功能層，以用于減振、吸聲和/或隔熱。

13、在其中一個(gè)實(shí)施例，所述基礎(chǔ)段由均勻管路組成；或

14、所述基礎(chǔ)段為超材料管路，所述超材料管路在軸向上包括至少有一個(gè)所述超材料基環(huán)；或

15、所述基礎(chǔ)段的一部分為均勻管路，另一部分為超材料管路，所述均勻管路與所述超材料管路交錯(cuò)分布。

16、在其中一個(gè)實(shí)施例，所述過(guò)渡段由均勻管路組成；或

17、所述過(guò)渡段為超材料管路，所述超材料管路在軸向上包括至少有一個(gè)所述超材料基環(huán)；或

18、所述過(guò)渡段的一部分為均勻管路，另一部分為超材料管路，所述均勻管路與所述超材料管路交錯(cuò)分布。

19、在其中一個(gè)實(shí)施例，所述擴(kuò)張段的數(shù)量為多個(gè)，且相鄰的兩所述擴(kuò)張段之間具有一所述基礎(chǔ)段；

20、各所述擴(kuò)張段的內(nèi)徑相同或不同，各所述擴(kuò)張段的外徑相同或不同，各所述擴(kuò)張段的軸向長(zhǎng)度相同或不同；

21、各所述基礎(chǔ)段的內(nèi)徑相同或不同，各所述基礎(chǔ)段的外徑相同或不同，各所述基礎(chǔ)段的軸向長(zhǎng)度相同或不同。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益技術(shù)效果：

23、1.本發(fā)明中管路消聲器系統(tǒng)的各向異性超構(gòu)殼單元通過(guò)剛性支撐骨架和柔性支撐材料組合而成，其力學(xué)特性可由剛性支撐骨架決定或提供，而剛性支撐骨架的靈活設(shè)計(jì)可使管路消聲器系統(tǒng)呈現(xiàn)完全不同的靜/動(dòng)力學(xué)特性，例如，管路消聲器系統(tǒng)經(jīng)由特殊設(shè)計(jì)的剛性骨架和柔性支撐材料組合而成，其可在軸向上表現(xiàn)為“低剛度”屬性，而在徑向和周向呈現(xiàn)“高剛度”特性；與傳統(tǒng)管路消聲器相比，本發(fā)明在靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性設(shè)計(jì)方面更加靈活，可滿足不同工況下的消聲器設(shè)計(jì)需求；

24、2.傳統(tǒng)管路消聲器相關(guān)研究雖已針對(duì)噪聲控制提出一定的解決方案，但大多僅考慮管路系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)性能，對(duì)于復(fù)雜的工程環(huán)境所要求的輕質(zhì)、耐壓等多功能屬性往往難以滿足，并不適用于現(xiàn)有高速重載等的復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)景；本發(fā)明所設(shè)計(jì)的新型管路消聲器系統(tǒng)，其基于抗性消聲器原理和模態(tài)耦合機(jī)制，介質(zhì)中的聲波在消聲器的突變界面處發(fā)生復(fù)雜的聲波散射，使其聲能被有效反射；此外，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的管路消聲器系統(tǒng)，其可增強(qiáng)管路中介質(zhì)與管壁材料(即各向異性超構(gòu)殼單元)的耦合作用，從而進(jìn)一步增強(qiáng)管路系統(tǒng)的消聲效果；相較于傳統(tǒng)管路消聲器，可實(shí)現(xiàn)在較小尺寸下獲得高效的超低頻消聲效果，為管路系統(tǒng)消聲器設(shè)計(jì)及噪聲控制提供了全新的設(shè)計(jì)思路；

25、3.本發(fā)明中的管路消聲器系統(tǒng)，整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于加工且易于模塊化組裝應(yīng)用，同時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)空間充足、可調(diào)參數(shù)多可結(jié)合拓?fù)鋬?yōu)化等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)根據(jù)工程環(huán)境需要與目標(biāo)頻段需求進(jìn)行快速設(shè)計(jì)與調(diào)整。

技術(shù)特征：

1.一種新型輕質(zhì)耐壓多功能超材料管路消聲器系統(tǒng)，其特征在于，包括管路結(jié)構(gòu)的擴(kuò)張段、基礎(chǔ)段與過(guò)渡段；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型輕質(zhì)耐壓多功能超材料管路消聲器系統(tǒng)，其特征在于，所述擴(kuò)張段的內(nèi)徑至少為所述基礎(chǔ)段外徑的1.1倍。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型輕質(zhì)耐壓多功能超材料管路消聲器系統(tǒng)，其特征在于，所述剛性支撐骨架所用材料的彈性模量高于所述柔性支撐材料至少一個(gè)數(shù)量級(jí)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型輕質(zhì)耐壓多功能超材料管路消聲器系統(tǒng)，其特征在于，所述柔性支撐材料由單一材料制成，或所述柔性支撐材料由兩種以上的材料混合制成。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型輕質(zhì)耐壓多功能超材料管路消聲器系統(tǒng)，其特征在于，所述柔性支撐材料在所述擴(kuò)張段的外壁部分覆蓋所述剛性支撐骨架；和/或

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型輕質(zhì)耐壓多功能超材料管路消聲器系統(tǒng)，其特征在于，所述擴(kuò)張段的外壁和/或內(nèi)壁上鋪設(shè)有功能層，以用于減振、吸聲和/或隔熱。

7.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的新型輕質(zhì)耐壓多功能超材料管路消聲器系統(tǒng)，其特征在于，所述基礎(chǔ)段由均勻管路組成；或

8.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的新型輕質(zhì)耐壓多功能超材料管路消聲器系統(tǒng)，其特征在于，所述過(guò)渡段由均勻管路組成；或

9.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的新型輕質(zhì)耐壓多功能超材料管路消聲器系統(tǒng)，其特征在于，所述擴(kuò)張段的數(shù)量為多個(gè)，且相鄰的兩所述擴(kuò)張段之間具有一所述基礎(chǔ)段；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種新型輕質(zhì)耐壓多功能超材料管路消聲器系統(tǒng)，包括擴(kuò)張段、基礎(chǔ)段與過(guò)渡段；擴(kuò)張段的兩端分別通過(guò)過(guò)渡段連接有基礎(chǔ)段，擴(kuò)張段的內(nèi)徑大于基礎(chǔ)段的外徑；擴(kuò)張段包括至少一個(gè)環(huán)形結(jié)構(gòu)的超材料基環(huán)，超材料基環(huán)包括若干沿環(huán)向依次相連的各向異性超構(gòu)殼單元，各向異性超構(gòu)殼單元包括剛性支撐骨架與柔性支撐材料；剛性支撐骨架上具有孔洞，柔性支撐材料填充在剛性支撐骨架的孔洞上以及相鄰兩剛性支撐骨架之間。本發(fā)明涉及管路噪聲治理領(lǐng)域，可有效解決如何在高耐壓、小尺寸條件下實(shí)現(xiàn)管路系統(tǒng)低頻寬帶消聲器系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)的問(wèn)題，為廣泛應(yīng)用于航空航海工程、機(jī)械工程領(lǐng)域中的管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供具有良好應(yīng)用前景的解決方案。

技術(shù)研發(fā)人員：郁殿龍,賈琪,韓東海,胡洋華,方鑫,趙宏剛,溫激鴻
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)人民解放軍國(guó)防科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19