一种环形串联内插管式亥姆霍兹共振吸声-承载一体化结构

本发明属于空气吸声复合结构，具体涉及一种环形串联内插管式亥姆霍兹共振吸声-承载一体化结构。

背景技术：

1、开发亚波长厚度的低频吸声材料一直是航空航天、建筑工程与车辆工程等领域的一项重要任务。传统的多孔吸声材料只能在中高频具有良好的吸声效果，其在低频下吸声性能较差。传统的亥姆霍兹共振吸声结构如微穿孔板等，由微穿孔板和板后的空气背衬构成。在特定频率的声波的激励下，结构内部发生共振，穿孔内的空气振动速度加快，声能发生剧烈耗散。微穿孔板结构在航空发动机声衬与室内消音等领域已经有了广泛的应用。为了进一步增强微穿孔板的吸声性能，有学者将微穿孔延伸嵌入到空气背腔内部形成内插管式亥姆霍兹共振吸声结构。增强内插管结构的低频吸声性能往往需要增大腔体的厚度与体积，这将导致空间和材料的浪费，不利于实际应用。此外，内插管结构往往应用于复杂环境，这需要其同时具有吸声与承载功能。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种环形串联内插管式亥姆霍兹共振吸声-承载一体化结构，用于解决传统串联亥姆霍兹共振吸声结构低频吸声性能较差、承载能力较弱等技术问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明提供的一种环形串联内插管式亥姆霍兹共振吸声-承载一体化结构，包括按阵列排布的多个元胞，每个元胞包括呈上下结构布置的两个蜂窝，每个蜂窝均内嵌有内插管，两个内插管内嵌有圆柱形支柱， 所述蜂窝、内插管和圆柱形支柱同轴布置。

4、优选地，所述内插管与蜂窝的上表面连接。

5、优选地，所述内插管与蜂窝之间通过焊接或胶接连接。

6、优选地，所述圆柱形支柱的底端与下层蜂窝的下表面连接。

7、优选地，所述圆柱形支柱的底端与下层蜂窝的下表面通过焊接或胶接连接。

8、优选地，所述内插管的长度小于蜂窝的高度。

9、优选地，所述圆柱形支柱的长度等于上下两层蜂窝的总高度。

10、优选地，每个蜂窝的边长为10~20 mm，高度为20~30 mm，壁面厚度为0.5~3 mm。

11、优选地，所述内插管的半径为2~5 mm，长度为10~20 mm，壁厚1 mm。

12、优选地，所述圆柱形支柱的半径为1~4 mm。

13、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

14、本发明提供的一种环形串联内插管式亥姆霍兹共振吸声-承载一体化结构，在特定频率的声波激励下，内插管结构发生亥姆霍兹共振，内插管中的空气粒子的振动速度加剧，与壁面发生剧烈摩擦，大量耗散声能。由于壁面满足无滑移条件，空气粒子在内插管壁面上的速度为零，而在内插管的中心区域速度最大，这样的速度梯度在内插管壁面附近形成了一圈环状的粘性边界层。在边界层内部，声能被转化为热能。相比于传统内插管结构，颈部中心支柱的存在使得内插管壁面和支柱壁面附近形成了两个环状的粘性边界层。边界层面积的扩大意味着粘性能量耗散的增强，这在宏观上表现为吸声性能的提高。此外，圆柱形支柱能够分担来自元胞上表面的压力，使其具有更好的承载能力。

15、进一步的，蜂窝状元胞的边长为10~20 mm，整体高度为40~60 20~30mm，壁面厚度为0.5~3 mm。蜂窝状元胞的边长和厚度会改变元胞内部空腔的体积，进而改变整体结构的共振特性与共振频率，从而能够实现对吸声性能的调节。通过改变元胞的壁面厚度的能够调节整体结构的承载能力。

16、进一步的，蜂窝状元胞上表面嵌入进空腔的内插管的半径为2~5 mm，长度为10~20mm。通过改变内插管的半径与长度能够改变整体结构的共振特性与共振频率，从而实现对吸声性能的调控。

17、进一步的，固定在元胞下表面的圆柱形支柱的半径为1~4 mm，其高度与整体元胞的高度相等。调节支柱的半径一方面可以调节整体结构的共振频率与峰值吸声系数，另一方面可以调节整体结构的承载能力。

18、综上所述，本发明可用于制造轻质超薄空气吸声结构，其具有优异的低频吸声性能以及良好的承压能力；在设计方面，结构参数和材料参数具有很大的可调性，可根据实际工况需求进行选择，具有广泛的工程应用前景。

19、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

1.一种环形串联内插管式亥姆霍兹共振吸声-承载一体化结构，其特征在于，包括按阵列排布的多个元胞，每个元胞包括呈上下结构布置的两个蜂窝（1），每个蜂窝（1）均内嵌有内插管（2），两个内插管（2）内嵌有圆柱形支柱（3）， 所述蜂窝（1）、内插管（2）和圆柱形支柱（3）同轴布置。

2.根据权利要求1所述的环形串联内插管式亥姆霍兹共振吸声-承载一体化结构，其特征在于，所述内插管与蜂窝的上表面连接。

3.根据权利要求1所述的环形串联内插管式亥姆霍兹共振吸声-承载一体化结构，其特征在于，所述内插管与蜂窝之间通过焊接或胶接连接。

4.根据权利要求1所述的环形串联内插管式亥姆霍兹共振吸声-承载一体化结构，其特征在于，所述圆柱形支柱的底端与下层蜂窝的下表面连接。

5.根据权利要求1所述的环形串联内插管式亥姆霍兹共振吸声-承载一体化结构，其特征在于，所述圆柱形支柱的底端与下层蜂窝的下表面通过焊接或胶接连接。

6.根据权利要求1所述的环形串联内插管式亥姆霍兹共振吸声-承载一体化结构，其特征在于，所述内插管的长度小于蜂窝的高度。

7.根据权利要求1所述的环形串联内插管式亥姆霍兹共振吸声-承载一体化结构，其特征在于所述圆柱形支柱的长度等于上下两层蜂窝的总高度。

8.根据权利要求1所述的环形串联内插管式亥姆霍兹共振吸声-承载一体化结构，其特征在于，每个蜂窝的边长为10~20 mm，高度为20~30 mm，壁面厚度为0.5~3 mm。

9.根据权利要求1所述的环形串联内插管式亥姆霍兹共振吸声-承载一体化结构，其特征在于，所述内插管的半径为2~5 mm，长度为10~20 mm，壁厚1 mm。

10.根据权利要求1所述的环形串联内插管式亥姆霍兹共振吸声-承载一体化结构，其特征在于，所述圆柱形支柱的半径为1~4 mm。