[發明專利]一種基于多分級結構的吸聲材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201611146965.7
• 申請日: 2016-12-13
• 公開（公告）號: CN108615520B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 陳磊;張濤;周勇;劉思暢;李卓達;夏雅男
• 申請（專利權）人: 航天特種材料及工藝技術研究所
• 主分類號: G10K11/172
• 分類號: G10K11/172
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于多分級結構的吸聲材料及其制備方法，本發明以亥姆霍茲共振腔為結構最小基礎單元,使入射聲波在結構內產生共振,從而使大量能量耗逸，實現單峰強吸聲功能；并引入自相似多分級的共振腔結構實現多頻率協同共振，實現多峰寬域吸聲功能；利用分形幾何概念優化多分級共振腔的排布與大小，實現有效吸聲頻域寬度與吸聲系數的整體調控。

技術領域

本發明涉及一種基于多分級結構的吸聲材料及其制備方法，屬于吸聲材料技術領域。

背景技術

吸聲材料按照吸聲機理通常分為多孔吸聲材料和共振吸聲材料兩大類。其中，多孔吸聲材料主要分為有機纖維材料、無機纖維材料、金屬吸聲材料、高分子吸聲材料等，其利用材料孔內空氣振動，將聲能轉化為熱能。其優點是中高頻吸聲性能良好,缺點是中低頻吸聲性能較差。鑒于此，共振吸聲材料利用共振腔、薄板/薄膜共振吸聲，多用于中、低頻噪聲的吸收。微穿孔板是典型的共振吸聲材料，主要用于聲學裝修工程,如房屋建筑工程中的墻壁或頂棚等,因此微穿孔板需要具有一定的強度,柔軟的材料不適合制作微穿孔板,而且當穿孔板的厚度太大時,其聲阻會變的很高,吸聲性能急劇下降。所以大部分微穿孔板是薄的金屬板或塑料板,在應用中受到了一定的限制。且對于共振吸聲結構而言，吸聲機理多基于材料與背空組成系統的共振特性，因此有一定的頻率依賴性，通常只能達到特定頻段的窄帶吸聲效果。

噪聲是飛行器飛行過程中的主要力學環境因素，如何減振降噪而保證儀器設備正常工作則是多年來飛行器設計過程中的重要課題，其中，中、低頻寬帶噪聲的高效吸收則更具挑戰性，受限于飛行器設計過程中的空間限制，吸聲材料不僅需要良好的寬頻帶吸聲效果，還需要受尺寸約束與重量約束，這對材料設計與結構設計提出了更好的期望。鑒于現有吸聲材料的缺陷，制備中低頻寬域吸聲材料在航空/航天發動機的減振降噪以及潛艇吸聲隱身等領域有迫切需求。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術不足，提出一種基于多分級結構的吸聲材料及其制備方法，本發明利用多分級結構協同共振原理，實現了吸聲材料在中低頻寬域更好的吸聲效果，且采用增材制造技術制備多分級分形結構，實現對中低頻寬域噪聲的高效吸收。

本發明的技術解決方案：

一種基于多分級結構的吸聲材料，所述吸聲材料包含n個層級的共振腔，且每個層級共振腔總體積V'滿足式(3)：

V/2n≤V'≤2V/n (3)

其中V為吸聲材料總體積，且n級共振腔的總體積之和小于V，n≥2。

所述n個層級的共振腔的位置分布為：應用幾何拓撲學安排每個層級共振腔的位置。

所述n個層級的共振腔中，每個層級共振腔為對稱的形狀。

所述n優選小于等于20，若選擇更大的n，所達到的共振吸聲效果變化不大，則根據實際操作考慮，優選n小于等于20。

所述n個層級的共振腔的設計如下：

假設所需吸聲材料的共振頻率為f₁～f_n，具體設計如下：

1)確定各層級單個共振腔尺寸

選取共振腔體積為主要控制尺寸，則可以在給定共振腔開口面積S和腔口直徑d的條件下由基于亥姆霍茲共振腔的共振頻率計算公式即式(1)確定共振腔體積的變化范圍V₁～V_n，

其中，c為聲速，S為共振腔開口面積，l為共振腔腔口深度，d為共振腔腔口直徑，V為共振腔體積；

所述共振腔腔口深度l為：0.5mm≤l≤2mm；

2)共振腔具體分級選擇