本技术公开了一种内嵌吸声超结构的飞行员头盔被动降噪设计方法及装置,该被动降噪头盔在超结构区域(3)上开吸声孔,头盔(2)内紧凑排列F‑P共振腔(1),根据实际应用中可利用的空间尺寸,通过折叠或卷曲将具有细长空腔的F‑P共振腔(1)排列于紧凑的空间中,以此实现宽带吸声和降噪。本发明提出的内嵌吸声超结构的飞行员头盔被动降噪设计方法及装置,与现有的吸声材料和结构相比,可在轻量化和狭小空间的条件下提供更加卓越的被动降噪吸声性能。
背景技术
在高空飞行时,飞行员会不可避免受到各处传来的噪声,对于飞行员这种需要精神高度集中的职业,噪声对战斗情况和人员健康的影响是巨大的。在飞行员战斗过程中,必须与地面塔台进行交流,而巨大的噪声会对飞行员的工作带来极大的干扰,影响飞行员的即时判断,导致其不能迅速做出反应,从而出现一些决策失误,因此复杂声环境下的吸声降噪对于飞行员来说尤为重要。目前飞行员降噪头盔使用的是主动降噪技术,而主动降噪技术对于波长很短的高频噪声效果有限。
主动降噪技术的工作原理是通过电信号反馈输出相反相位的声波与传入噪音相抵消以实现抑制噪音的效果。其对于低频段的噪声的降噪效果良好,但是对于波长很短的高频噪声,电信号难以准确实时地生成一个和噪音信号相差0.5个相位的主动信号与之抵消,在相位存在偏移时甚至会加强噪音。主动降噪系统需要一定的时间来处理信号并产生反向声波,这导致其工作存在延迟,影响飞行员作业。
传统的吸声材料根据吸声机理的不同可分为两类:共振吸声材料和多孔吸声材料。共振吸声材料主要基于粘性损耗机理,在声波的激励下结构进行共振,此时壁面粘性阻尼发挥主要作用,吸声效果最好;但其带宽较窄,只能在共振频率附近具有较好的吸声表现。多孔吸声材料中同时存在粘性损耗机理和热传导损耗机理,材料不具有明显的共振特性,具有较宽的吸声带宽,可覆盖整个高频范围。传统多孔吸声材料,例如海绵、泡沫需要较大厚度来实现降噪,在飞行员头盔的狭小空间内并不适用。因此,目前迫切需要开发出突破宽带降噪设计与狭小空间尺寸间的制约关系,同时做到及时响应的一种被动降噪头盔设计方法。
近年来,声学超结构因其优异的声波控制能力而受到越来越多的关注。对于20至20000 Hz可听频率范围内的声音,在气体介质中的耗散很小,因此声音的有效吸收取决于微观或宏观结构材料,其中声能量可以通过与固体-空气界面相关的两种机制消散。一是固体表面附近的粘性耗散,其中无滑移边界条件会在粘性边界层内引起较大的相对运动。另一种是通过固体的热传导,这导致声音传播的绝热特性被破坏。由此可见,具有较大微观结构的气固界面面积的材料,如多孔介质,通常具有最大的耗散系数。
吸声超结构主要通过改变材料的结构或者材质,以达到需要的最佳吸声要求。超结构的发展为设计亚波长厚度的低频吸收体提供了解决方案。受声学超结构的启发,具有较大微观结构的气固界面面积的材料,是吸声系统的主要组成部分。然而,以往的传统吸声材料或结构只有达到一定厚度时,才能有效吸收低频声波,在很多应用中无法满足尺寸限制和轻量化要求,而这在头盔设计方面尤为重要。
实现思路