管道聲學模態波產生裝置製造方法
2023-07-22 14:51:26 1
管道聲學模態波產生裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種管道聲學模態波產生裝置，涉及聲學領域，用以增加產生的模態波的周向模態階數。該管道聲學模態波產生裝置包括揚聲器陣列和用於增加所述揚聲器陣列輸出的聲學模態波的周向模態階數的散射裝置；其中，所述散射裝置位於所述揚聲器陣列輸出的聲學模態波傳播方向的下遊，且所述散射裝置與所述揚聲器陣列固定連接。上述技術方案提供的管道聲學模態波產生裝置，具有散射裝置，且散射裝置位於聲學模態波傳播方向的下遊，散射裝置能對揚聲器陣列產生的模態聲學模態波進行散射，從而改變聲場中振幅和相位的分布，以產生高階的聲學模態。
【專利說明】管道聲學模態波產生裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及聲學領域，具體涉及一種管道聲學模態波產生裝置。
【背景技術】
[0002]聲學研究中經常以特定聲學模態的聲波作為研究對象，例如航空發動機風扇噪聲通常分解為圓柱或圓環管道中一系列聲學模態波(也稱為「模態聲波」或「模態波」)的迭力口，其他領域中也需要研究聲波沿矩形或其他截面管道的傳播特性。
[0003]聲學試驗中，通常藉助固定的揚聲器陣列以產生這樣的模態波。通過控制系統調節每一個揚聲器發聲的頻率、幅值和相位，在管道中產生所需要的模態聲波。受到揚聲器個數的限制，用這一技術可以產生的聲學模態受到比較大的限制。例如圖1和圖2所示的在圓柱管道端面或側壁均勻布置8個揚聲器的揚聲器陣列，可以可控地產生最高周向模態為4階的模態波。
[0004]發明人發現，現有技術中至少存在下述問題:現有的揚聲器陣列，若需要更高階的模態波，必須增加揚聲器的個數，但由於管道尺寸和揚聲器尺寸的限制，揚聲器陣列中能夠放置的揚聲器個數較少，導致不能產生高階的模態波，不能滿足研究的需要。
實用新型內容
[0005]本實用新型的其中一個目的是提出一種管道聲學模態波產生裝置，用以增加產生的聲學模態波的周向模態階數。
[0006]為實現上述目的，本實用新型提供了以下技術方案:
[0007]本實用新型提供了一種管道聲學模態波產生裝置，包括揚聲器陣列和用於增加所述揚聲器陣列輸出的聲學模態波的周向模態階數的散射裝置；
[0008]其中，所述散射裝置位於所述揚聲器陣列輸出的聲學模態波傳播方向的下遊，且所述散射裝置與所述揚聲器陣列固定連接。
[0009]如上所述的管道聲學模態波產生裝置，優選的是，還包括模態過濾裝置；
[0010]所述模態過濾裝置位於所述散射裝置輸出的聲學模態波傳播方向的下遊，且所述模態過濾裝置與所述散射裝置固定連接。
[0011]如上所述的管道聲學模態波產生裝置，優選的是，所述散射裝置包括筒體和設置在所述筒體內的葉片；
[0012]所述葉片的數量至少為兩片，各所述葉片沿著所述筒體的徑向方向均勻設置。
[0013]如上所述的管道聲學模態波產生裝置，優選的是，各所述葉片為平板狀結構或翼型結構。
[0014]如上所述的管道聲學模態波產生裝置，優選的是，所述模態過濾裝置的內腔為變截面結構。
[0015]如上所述的管道聲學模態波產生裝置，優選的是，所述模態過濾裝置包括順次固定的第一直筒、第一圓錐筒、第二直筒、第二圓錐筒和第三直筒；
[0016]所述第一圓錐筒內徑大的一端與所述第一直筒固定，所述第一圓錐筒內徑小的一端與所述第二直筒固定，所述第二圓錐筒內徑小的一端與所述第二直筒固定，所述第二圓錐筒內徑大的一端與所述第三直筒固定。
[0017]如上所述的管道聲學模態波產生裝置，優選的是，所述模態過濾裝置的內腔腔壁上敷設有吸聲材料層。
[0018]如上所述的管道聲學模態波產生裝置，優選的是，所述揚聲器陣列和所述散射裝置之間通過法蘭盤和螺栓固定連接。
[0019]如上所述的管道聲學模態波產生裝置，優選的是，所述模態過濾裝置和所述散射裝置之間通過法蘭盤和螺栓固定連接。
[0020]如上所述的管道聲學模態波產生裝置，優選的是，所述揚聲器陣列包括管道和揚聲器;
[0021]所述揚聲器設置在所述管道的端面或側壁上。
[0022]基於上述技術方案，本實用新型實施例至少可以產生如下技術效果:
[0023]上述技術方案提供的管道聲學模態波產生裝置，具有散射裝置，且散射裝置位於聲學模態波傳播方向的下遊，散射裝置能對揚聲器陣列產生的模態聲學模態波進行散射，從而改變聲場中振幅和相位的分布，以產生高階的聲學模態。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]此處所說明的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，構成本申請的一部分，本實用新型的示意性實施例及其說明用於解釋本實用新型，並不構成對本實用新型的不當限定。在附圖中:
[0025]圖1為現有技術中一種結構形式的揚聲器陣列的結構示意圖；
[0026]圖2為現有技術中另一種結構形式的揚聲器陣列的結構示意圖；
[0027]圖3為本實用新型實施例提供的管道聲學模態波產生裝置的結構示意圖。
[0028]附圖標記:
[0029]1、揚聲器陣列；2、散射裝置；3、模態過濾裝置；
[0030]11、管道；12、揚聲器；21、筒體；
[0031]22、葉片；31、第一直筒；32、第一圓錐筒；
[0032]33、第二直筒；34、第二圓錐筒；35、第三直筒。
【具體實施方式】
[0033]下面結合圖3對本實用新型提供的技術方案進行更為詳細的闡述，將本實用新型提供的任一技術手段進行替換或將本實用新型提供的任意兩個或更多個技術手段或技術特徵互相進行組合而得到的技術方案均應該在本實用新型的保護範圍之內。
[0034]本文中用到的術語或名詞解釋:
[0035]聲學模態(acoustic mode):聲學模態波在管道中傳播的形式,表現為聲壓幅值和相位的空間分布規律。
[0036]本實用新型實施例提供一種管道聲學模態波產生裝置，包括揚聲器陣列I和用於增加揚聲器陣列I輸出的聲學模態波的周向模態階數的散射裝置2。其中，散射裝置2位於揚聲器陣列I輸出的聲學模態波傳播方向的下遊，且散射裝置2與揚聲器陣列I固定連接。
[0037]揚聲器陣列I可以米用已有技術產生低階模態的聲學模態波。揚聲器陣列I可以採用已有的結構，揚聲器陣列I具體可包括管道11和揚聲器12。揚聲器12設置在管道11的端面或側壁上，圖3以設置在管道11的端面上為例。揚聲器12的數量根據揚聲器12自身的結構大小以及管道11的尺寸確定，比如為8個或者其他數量。每個揚聲器12上都電連接有電源和控制器，以控制各個揚聲器12發出所要求的聲學模態波。一般而言，揚聲器陣列I能夠發出的聲學模態波的周向模態約等於揚聲器陣列I所包括的揚聲器12數量的一半，即六個揚聲器12約可以產生的聲學模態波的周向模態階數為3 ;八個揚聲器12約可以產生的聲學模態波的周向模態階數為4，本實施例中仍以設置八個揚聲器12為例。
[0038]散射裝置2位於聲學模態波傳播方向的下遊,對揚聲器陣列I產生的模態聲學模態波進行散射，從而改變聲場中振幅和相位的分布，產生高階的聲學模態。
[0039]進一步地，管道聲學模態波產生裝置還包括模態過濾裝置3。模態過濾裝置3位於散射裝置2輸出的聲學模態波傳播方向的下遊，且模態過濾裝置3與散射裝置2固定連接。模態過濾裝置3用於對散射裝置2輸出的聲學模態波中特定模態的聲學模態波進行選擇性地衰減，使得需要的模態能量佔更高的比例。模態過濾裝置3例如採用一段敷設吸聲裝置的變截面管道，模態過濾裝置3位於散射裝置2聲學模態波傳播方向的下遊。在模態過濾裝置3中，具體可以利用共振、粘性、反射、截止等機理實現對聲學模態波的過濾。
[0040]下面介紹散射裝置2的優選實現方式。
[0041]參見圖3，散射裝置2包括筒體21和設置在筒體21內的葉片22。葉片22的數量至少為兩片，各葉片22沿著筒體21的徑向方向均勻設置。本實施例中以設置八片葉片22為例。各葉片22沿筒體21軸向方向的長度與筒體21的軸向長度一致。
[0042]例如，假設揚聲器陣列I在管道11中產生周向模態為m的聲學模態波，散射裝置2包括沿著筒體21徑向方向均勻分布的一系列形狀相同的V個葉片22，則利用散射可以產生周向模態為m±kV的聲學模態波，其中k取非負整數。通過調整葉片22的幾何形狀，可以達到改變各階模態聲學模態波幅值的目的。
[0043]實際應用中，假設需要周向模態為16的聲波，那麼可以先產生周向模態為-4的聲波，然後用20個葉片散射，這樣得到的周向模態是16，-24以及更高階。隨後用變截面管道等過濾裝置將-24以及更高階的模態過濾掉。模態前面的正、負號表示聲波傳播時旋轉的方向。
[0044]各葉片22具體可以為平板狀結構或翼型結構，本實施例中以採用平板結構為例。若為翼型結構，各個葉片22的表面的延展方向不會與筒體21的徑向方向完全一致，但是還是能夠大致沿著筒體21的徑向方向分散設置各個葉片22。
[0045]下面介紹模態過濾裝置3的優選實現方式。
[0046]模態過濾裝置3的內腔為變截面結構。模態過濾裝置3的內腔採用變截面結構，可以有效過濾聲學模態波。
[0047]具體而言，參見圖3，模態過濾裝置3包括順次固定的第一直筒31、第一圓錐筒32、第二直筒33、第二圓錐筒34和第三直筒35。第一圓錐筒32內徑大的一端與第一直筒31固定，第一圓錐筒32內徑小的一端與第二直筒33固定，第二圓錐筒34內徑小的一端與第二直筒33固定，第二圓錐筒34內徑大的一端與第三直筒35固定。
[0048]本實施例中，模態過濾裝置3的內腔腔壁上還可敷設有吸聲材料層。吸聲材料層比如為棉質材料層等。
[0049]承上述，揚聲器陣列I和散射裝置2之間具體可以通過法蘭盤和螺栓固定連接，但不限於此。可以將揚聲器陣列I與散射裝置2相連接的一端都設置為法蘭狀結構，然後直接使用螺栓將兩者連接。這種連接方式穩固可靠，且便於拆裝。
[0050]進一步地，模態過濾裝置3和散射裝置2之間通過法蘭盤和螺栓固定連接，但不限於此。可以將模態過濾裝置3與散射裝置2相連接的一端都設置為法蘭狀結構，然後直接使用螺栓將兩者連接。這種連接方式穩固可靠，且便於拆裝。
[0051]上述技術方案提供的管道聲學模態波產生裝置，突破了揚聲器12個數對模態階數的限制，可以利用較少的揚聲器12在管道11中產生高階聲學模態，達到現有技術所不能達到的效果。
[0052]在本實用新型的描述中，需要理解的是，術語「中心」、「縱向」、「橫向」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為便於描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗指所指的裝置或元件必須具有特定的方位、為特定的方位構造和操作，因而不能理解為對本實用新型保護內容的限制。
[0053]如果本文中使用了「第一」、「第二」等詞語來限定零部件的話，本領域技術人員應該知曉:「第一」、「第二」的使用僅僅是為了便於描述上對零部件進行區別，如沒有另行聲明夕卜，上述詞語並沒有特殊的含義。
[0054]最後應當說明的是:以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非對其限制；儘管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解:依然可以對本實用新型的【具體實施方式】進行修改或者對部分技術特徵進行等同替換；而不脫離本實用新型技術方案的精神，其均應涵蓋在本實用新型請求保護的技術方案範圍當中。
【權利要求】
1.一種管道聲學模態波產生裝置，其特徵在於，包括揚聲器陣列和用於增加所述揚聲器陣列輸出的聲學模態波的周向模態階數的散射裝置； 其中，所述散射裝置位於所述揚聲器陣列輸出的聲學模態波傳播方向的下遊，且所述散射裝置與所述揚聲器陣列固定連接。
2.根據權利要求1所述的管道聲學模態波產生裝置，其特徵在於，還包括模態過濾裝置； 所述模態過濾裝置位於所述散射裝置輸出的聲學模態波傳播方向的下遊，且所述模態過濾裝置與所述散射裝置固定連接。
3.根據權利要求1或2所述的管道聲學模態波產生裝置，其特徵在於，所述散射裝置包括筒體和設置在所述筒體內的葉片； 所述葉片的數量至少為兩片，各所述葉片沿著所述筒體的徑向方向均勻設置。
4.根據權利要求3所述的管道聲學模態波產生裝置，其特徵在於，各所述葉片為平板狀結構或翼型結構。
5.根據權利要求2所述的管道聲學模態波產生裝置，其特徵在於，所述模態過濾裝置的內腔為變截面結構。
6.根據權利要求5所述的管道聲學模態波產生裝置，其特徵在於，所述模態過濾裝置包括順次固定的第一直筒、第一圓錐筒、第二直筒、第二圓錐筒和第三直筒； 所述第一圓錐筒內徑大的一端與所述第一直筒固定，所述第一圓錐筒內徑小的一端與所述第二直筒固定，所述第二圓錐筒內徑小的一端與所述第二直筒固定，所述第二圓錐筒內徑大的一端與所述第三直筒固定。
7.根據權利要求2、5、6任一所述的管道聲學模態波產生裝置，其特徵在於，所述模態過濾裝置的內腔腔壁上敷設有吸聲材料層。
8.根據權利要求1、2、5、6任一所述的管道聲學模態波產生裝置，其特徵在於，所述揚聲器陣列和所述散射裝置之間通過法蘭盤和螺栓固定連接。
9.根據權利要求2、5、6任一所述的管道聲學模態波產生裝置，其特徵在於，所述模態過濾裝置和所述散射裝置之間通過法蘭盤和螺栓固定連接。
10.根據權利要求1或2所述的管道聲學模態波產生裝置，其特徵在於，所述揚聲器陣列包括管道和揚聲器； 所述揚聲器設置在所述管道的端面或側壁上。
【文檔編號】H04R1/20GK204104115SQ201420546534
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月23日 優先權日:2014年9月23日
【發明者】梁岸, 吳鈞, 英基勇 申請人:中航商用航空發動機有限責任公司