[發明專利]一種中低頻隔聲隔熱復合壁板

有效

• 申請號: 201410037510.6
• 申請日: 2014-01-26
• 公開（公告）號: CN103738037A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 黃震宇;羅旭東;馬紅孺
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B32B33/00
• 分類號: B32B33/00;B32B27/12;B32B3/08;B32B27/42;B32B17/02
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及隔聲隔熱復合壁板，尤其涉及一種中低頻隔聲隔熱復合壁板。

背景技術

大型運載工具、如太空船、飛機、列車、船舶、汽車等，通常安裝功率強大的動力設備，且行駛速度較高。因此，一方面，動力設備產生振動和噪聲；另一方面，運載工具的外殼與外部載體介質之間的相對運動也產生振動和噪聲。為了提高運載工具的工作效率，增加速度和降低能耗是運載工具的發展方向，這就使運載工具動力愈大而結構愈輕薄，隨之產生更嚴重的振動噪聲問題。而艙內的乘客希望旅途環境更安靜。從而要求艙室壁板在滿足結構強度和隔熱性能的條件下，以盡量小的重量和空間代價，大幅度提高隔聲性能。

理論和實踐表明，高頻噪聲可以用普通的輕薄吸隔聲材料獲得較好的隔聲效果，但對于100-1000Hz的中低頻噪聲而言，普通材料的隔聲板必須“面密度”高，吸聲材料必須厚重，才能達到有效的隔聲效果。由于100–1000Hz是機電噪聲的主要能量分布頻段，且與人們的聽力敏感和語言頻段重合，所以是運載工具隔聲的重點頻率。研究開發輕薄型的隔聲隔熱壁板一直是市場競逐的熱點，對于航空航天運載工具尤其需求迫切。

以商用飛機為例，艙室壁板由外向內的組成結構包括：1.5mm左右的薄鋁板，稱為“蒙皮”，設計原則是強度和外形；5～10cm的隔層，放置絕熱吸音棉和鋪設管線；最靠近艙內是輕質裝飾板，設計原則是美觀。在飛機巡航階段，艙外引擎產生的振動、噪聲和氣體湍流脈動噪聲的能量集中在100–5000Hz的連續寬頻段。由于艙室壁板重量較輕，使得100–1000Hz的中低頻隔聲量最薄弱，從而使艙內噪聲能量集中在該隔聲薄弱頻段，提高中低頻壁板隔聲量是降低飛機艙內噪聲水平的關鍵途徑。

為了提高該頻段的隔聲量，傳統方法包括：（1）增加蒙皮和裝飾板的重量。由于在100–1000Hz頻段，壁板的面密度決定了隔聲水平，根據隔聲的“質量定理”，壁板的面密度增加1倍，壁板隔聲量可提高6dB。而對于商用飛機而言，大幅度增加壁板重量的代價不能接受。（2）在壁板隔層中增加吸聲材料。吸聲材料的厚度與聲波波長相當時，吸聲率較高，低于1000Hz的聲波波長大于30cm，而商用飛機的隔層厚度一般小于10cm，且有管線穿過，能填充的吸音棉厚度不能有效吸收低于1000Hz的中低頻噪聲。（3）在蒙皮上貼阻尼。阻尼能抑制蒙皮固有頻率上的自由振動，所以能抑制在這些頻率附近的結構振動，從而降低振動產生的噪聲輻射，如發動機振動傳至蒙皮產生的噪聲，但阻尼對其它原因產生的噪聲不能有效抑制，如發動機噪聲等。（4）在隔層中增加一層或多層輕薄隔板。當蒙皮和各層板之間不存在耦合共振的情況下，可以提高隔聲效果。但由于壁板隔層的空間很小，在中低頻不可避免地產生板之間的耦合共振，使得隔聲效果甚至低于未加隔板的情況。綜上所述，傳統材料和結構組成的壁板很難在重量和空間的約束條件下明顯提高中低頻的隔聲性能。

近年來發展出一種人工薄膜型局域共振聲學材料（Locally?Resonant?Phononic?Material,LRPM）。該材料通過人工構造的晶格單元周期性排列而成，這些晶格單元具有較低的共振頻率。通過設計這些晶格單元的幾何尺寸與材料物理特性，可以在第一和第二共振頻率之間獲得一個較低的反共振頻率，此時整個單元的平均位移為零，從而在自由空間遠場處會出現聲壓“正負相消”的效果，獲得比同樣面密度的均質材料高5dB以上的隔聲量。但是這種LRPM僅在其反共振頻率附近的較窄頻段內隔聲效果較好，而在相鄰的頻域（第一和第二共振頻率附近）會出現隔聲很差的頻段。更為重要的是，由于艙室外層材料是有強度要求的均勻材料，所以LRPM只能放置于隔層中，在隔層狹小的空間中，LRPM工作機理上所必須的“自由空間遠場”條件被很近位置處的蒙皮和裝飾板所破壞，LRPM在自由空間遠場處的“正負相消”的工作機理無法實現，從而無法實現LRPM的有效隔聲性能。

根據以上分析，傳統的增加壁板質量、阻尼和吸音棉的厚度的方法，以及采用LRPM的自由場隔聲方法都無法滿足運載工具對輕薄型（5mm-30mm）中低頻（100Hz-1000Hz）隔聲壁板的需要。中國專利CN101693415A公開了由多層吸聲棉氈與彈性海棉體通過阻尼復合膠復合成的吸隔聲隔熱材料。這種利用阻尼和吸聲的復合板用來隔離高頻聲波比較有效，但對于聲波較長的中低頻噪聲的隔離效果不好。中國專利CN203186250U公開了采用鋁板、橡膠骨架、多層吸音棉及阻尼層的分層復合隔聲吸聲壁板。這種壁板仍然較為厚、重，難于適應現代高速運載工具特別是航空航天器對重量和空間的要求。

發明內容