一种基于猫头鹰静音飞行特点来控制空腔风振噪声的结构的制作方法

1.本发明涉及风振噪声控制技术领域，具体是一种基于猫头鹰静音飞行特点来控制空腔风振噪声的结构。

背景技术：

2.气流流过空腔时会诱发腔内高强度的风振噪声，其声压级普遍超过120db，这不仅可以引起机械结构的疲劳破坏，也会造成乘员舱内乘客严重的不适。因此，如何有效控制这种风振噪声，在航空、高铁、汽车等领域中已成为一个基本问题。
3.为抑制风振噪声所带来的恶劣影响，目前采用的措施主要有两种，即主动控制和被动控制。对于主动控制，主要以开环控制的研究较多，如主动射流，主动导流板等等。虽然这些主动方案能有效的抑制风振噪声，但是受限于作用器的控制带宽和能源等问题，目前很少发现这些方案的实际应用。目前，普遍使用的方法还是被动控制，包括导流板，空腔内添加子腔，改变前后缘的形状等等。虽然许多研究表明，通过破坏风振噪声的形成机理能抑制风振噪声的声压幅值，但是其作用范围是有限的。因此，目前仍有巨大的困难在到一种高效、实用的方案。

技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种基于猫头鹰静音飞行特点来控制空腔风振噪声的结构，所述控制空腔风振噪声的结构布置在汽车天窗的前缘或汽车侧窗的b柱上；
5.所述控制空腔风振噪声的结构包括凹面结构；
6.所述凹面结构包括表面脊状结构、流向结构和领边曲线结构；
7.所述流向结构为下凹结构，设置在空腔开口前缘上游位置；
8.所述流向结构的截面为naca0012翼型吸力面；
9.所述领边曲线结构为正弦形状的曲线结构；
10.所述领边曲线结构设置在流向结构与空腔盖板的交界面上，且与空腔开口前缘接触，使流向结构的表面在展向上波动，从而在流向结构的表面形成脊状结构。
11.进一步，所述流向结构的展向长度与汽车天窗开口的长度相等。
12.进一步，所述流向结构顺气流方向的宽度与空腔开口的宽度相等。
13.进一步，所述凹面结构的迎风边、顺气流的侧边为直线。
14.进一步，所述领边曲线结构呈正弦波动，波长范围为[0.12c，0.30c]；c为空腔的开口宽度。
[0015]
进一步，领边曲线与流向结构迎风边的距离cs如下所示：
[0016][0017]
式中，z是凹面结构上的展向坐标；λ是领边曲线结构(1)的波长；a为余弦函数的幅值。
0.030.02840.40.0580 0.040.03230.4250.0569 0.050.03550.450.0558 0.060.03830.4750.0544 0.080.04300.50.0529 0.100.04690.550.0495 0.120.04990.60.0456 0.140.05240.650.0413 0.160.05440.70.0366 0.180.05600.750.0315 0.200.05740.80.0262 0.2250.05860.850.0205 0.250.05940.90.0145 0.2750.05990.950.0080 0.30.06001.000.0013
[0039]
所述领边曲线结构1为正弦形状的曲线结构；
[0040]
所述领边曲线结构1设置在流向结构与空腔盖板的交界面上，且与空腔开口前缘接触，使流向结构的表面在展向上波动，从而在流向结构的表面形成表面脊状结构2。
[0041]
所述流向结构的展向长度与汽车天窗开口的长度相等。
[0042]
所述流向结构顺气流方向的宽度与空腔开口的宽度相等。
[0043]
所述凹面结构的迎风边、顺气流的侧边为直线。
[0044]
所述领边曲线结构1呈正弦波动，波长范围为[0.12c，0.30c]；c为空腔的开口宽度。
[0045]
领边曲线与流向结构迎风边的距离cs如下所示：
[0046][0047]
式中，z是凹面结构上的展向坐标，具体的，z为0mm到240mm(240mm为凹面结构展向上的展向长度，也为空腔开口的长度)，z的起点就是领边曲线的起点，即凹面结构与盖板的侧交界线端点；λ是领边曲线结构1的波长；a是余弦函数的幅值，即表示领边曲线的振幅。在这个案例中，a＝0.06c(c为空腔开口的宽度)
[0048]
所述凹面结构在空腔开口处形成涡旋，该涡旋在展向上不连续。
[0049]
实施例2：
[0050]
一种基于猫头鹰静音飞行特点来抑制空腔风振噪声的新型结构，包括：凹坑，设置在在空腔开口前缘的上游位置；
[0051]
凹坑具有：
[0052]
正弦形状的领边曲线，位于所述凹坑与空腔盖板的交界面上，紧挨空腔开口前缘位置；
[0053]
表面脊状结构，位于所述凹坑的表面上。
[0054]
所述凹坑的每个流向截面的轮廓均符合naca0012翼型吸力面的截面参数，所述凹
坑的展向长度与空腔开口长度相等，在顺气流方向上，所述凹坑的宽度与空腔开口宽度相等，所述凹坑的迎风边为直线，顺气流的两侧边也为直线，靠近空腔开口的前缘位置，为所述的正弦形状的领边曲线；
[0055]
所述正弦形状的领边曲线为正弦曲线，满足公式(1)，紧挨着开口的前缘位置。所述正弦曲线的波长建议在0.12c到0.30c之间，所述正弦曲线的幅值为0.06c。所述正弦形状的领边曲线与所述凹坑的迎风边的距离为所述凹坑的弦长，所述弦长在展向上的长度是连续变化的，满足公式(1)，这也导致所述凹坑内的表面形成所述表面脊状结构；
[0056][0057]
式中，cs是所述凹坑截面的弦长，c是所述凹坑截面的平均弦长，与空腔的开口宽度相等，z是展向位置，坐标原点如图(a)所示，λ是所述正弦形状的领边曲线的波长，在这个发明中，可为任意值，但在这个案例中最优的范围在12mm与30mm之间。
[0058]
所述表面脊状结构是由于所述凹坑的弦长根据所述正弦形状的领边曲线在展向上变化，而且所述凹坑的截面形状需要满足naca0012翼型吸力面的截面参数的要求，这就导致所述凹坑表面在展向上上下波动，形成所述表面脊状结构。
[0059]
实施例3：
[0060]
一种基于猫头鹰静音飞行特点来抑制空腔风振噪声的结构，包括：凹坑，设置在空腔开口的上游位置；凹坑具有表面脊状结构、图3所示的流向截面形状和图4所示的正弦形状的领边曲线。
[0061]
上述技术方案，通过在图1所示的一般空腔的开口上游位置设置凹坑形状的仿生结构，从而降低了开口前缘处的展向压力相关性，使后缘位置的边界层沿展向波动，并增厚了后缘处的边界层厚度，使其腔内的低频风振噪声和开口处的风噪得到有效抑制，优化了用户体验。
[0062]
本发明的仿生结构是基于谷仓猫头的翅膀的三个主要特征提出的，即(1)带有能梳理气流的锯齿状领边；(2)羽翼表面有细长的绒毛；(3)带有流苏状羽毛的后缘。
[0063]
本发明的仿生结构作为一种抑制腔内风振噪声的被动结构，可在广泛的速度和频率范围内具有优异的降噪功能，大幅改善腔内的噪声污染。本发明的空腔型夹层超材料结构可广泛应用于多个领域，例如汽车乘员舱内的风噪抑制、飞机放下起落架时的风噪抑制、飞机导弹舱开启时的噪声抑制等。
[0064]
图2的仿生结构可为金属材质也可为具有一定强度的塑料材质，另外，也可以根据实际应用情况，选择其他适合的材料。
[0065]
图2的仿生结构是布置在图1一般开口空腔的上游位置，并且图2的仿生结构的正弦形领边与紧挨图1一般开口空腔的前缘。
[0066]
图2的仿生结构以凹坑的形式放置。
[0067]
发明人对比了本发明的仿生结构与现有一般开口空腔的流场特性。对于两种结构的流场进行仿真，如图5所示，本发明的仿生结构的涡旋在空腔开口处，展向上是不连续的；而一般开口空腔的涡旋是连续的，呈管状分布。这表明在相同来流条件下，一般开口空腔的展向相关性很强，而本发明的仿生结构的展向相关性被破坏。
[0068]
通过仿真，发明人研究了结构参数波长对腔体开口后缘处的展向边界层厚度的影
响。如图6所示，本发明的仿生结构能使后缘处的边界层在展向上波动，且能显著增厚边界层的厚度，从而达到抑制腔内噪声的效果。如图7所示，本发明的仿生结构能在15m/s，20m/s和25m/s的工况下显著抑制一般空腔内的风噪，这表明本发明在宽频，宽速度范围内能有效抑制腔内的噪声。
[0069]
实施例4：
[0070]
一种基于猫头鹰静音飞行特点来控制空腔风振噪声的结构，所述控制空腔风振噪声的结构布置在汽车天窗的前缘或汽车侧窗的b柱上；
[0071]
所述控制空腔风振噪声的结构包括凹面结构；
[0072]
所述凹面结构包括表面脊状结构2、流向结构和领边曲线结构1；
[0073]
所述流向结构为下凹结构，设置在空腔开口前缘上游位置；
[0074]
所述流向结构的截面为naca0012翼型吸力面；
[0075]
所述领边曲线结构1为正弦形状的曲线结构；
[0076]
所述领边曲线结构1设置在流向结构与空腔盖板的交界面上，且与空腔开口前缘接触，使流向结构的表面在展向上波动，从而在流向结构的表面形成表面脊状结构2。
[0077]
实施例5：
[0078]
一种基于猫头鹰静音飞行特点来控制空腔风振噪声的结构，主要内容见实施例4，其中，所述流向结构的展向长度与汽车天窗开口的长度相等。
[0079]
实施例6：
[0080]
一种基于猫头鹰静音飞行特点来控制空腔风振噪声的结构，主要内容见实施例4，其中，所述流向结构顺气流方向的宽度与空腔开口的宽度相等。
[0081]
实施例7：
[0082]
一种基于猫头鹰静音飞行特点来控制空腔风振噪声的结构，主要内容见实施例4，其中，所述凹面结构的迎风边、顺气流的侧边为直线。
[0083]
实施例8：
[0084]
一种基于猫头鹰静音飞行特点来控制空腔风振噪声的结构，主要内容见实施例4，其中，所述领边曲线结构1呈正弦波动，波长范围为[0.12c，0.30c]；c为空腔的开口宽度。
[0085]
实施例9：
[0086]
一种基于猫头鹰静音飞行特点来控制空腔风振噪声的结构，主要内容见实施例4，其中，领边曲线与流向结构迎风边的距离cs如下所示：
[0087][0088]
式中，z是凹面结构上的展向坐标；λ是领边曲线结构1的波长；a为余弦函数的幅值；c为空腔的开口宽度。
[0089]
实施例10：
[0090]
一种基于猫头鹰静音飞行特点来控制空腔风振噪声的结构，主要内容见实施例4，其中，所述凹面结构在空腔开口处形成涡旋，该涡旋在展向上不连续。

技术特征：

1.一种基于猫头鹰静音飞行特点来控制空腔风振噪声的结构，其特征在于：所述控制空腔风振噪声的结构布置在汽车天窗的前缘或汽车侧窗的b柱上；所述控制空腔风振噪声的结构包括所述凹面结构。所述凹面结构包括表面脊状结构(2)、流向结构和领边曲线结构(1)；所述流向结构为下凹结构，设置在空腔开口前缘上游位置；所述流向结构的截面为naca0012翼型吸力面；所述领边曲线结构(1)为正弦形状的曲线结构；所述领边曲线结构(1)设置在流向结构与空腔盖板的交界面上，且与空腔开口前缘接触，使流向结构的表面在展向上波动，从而在流向结构的表面形成表面脊状结构(2)。2.根据权利要求1所述的一种基于猫头鹰静音飞行特点来控制空腔风振噪声的结构，其特征在于：所述流向结构的展向长度与汽车天窗开口的长度相等。3.根据权利要求1所述的一种基于猫头鹰静音飞行特点来控制空腔风振噪声的结构，其特征在于：所述流向结构顺气流方向的宽度与空腔开口的宽度相等。4.根据权利要求1所述的一种基于猫头鹰静音飞行特点来控制空腔风振噪声的结构，其特征在于：所述凹面结构的迎风边、顺气流的侧边为直线。5.根据权利要求1所述的一种基于猫头鹰静音飞行特点来控制空腔风振噪声的结构，其特征在于：所述领边曲线结构(1)呈正弦波动，波长范围为[0.12c，0.30c]；c为空腔的开口宽度。6.根据权利要求1所述的一种基于猫头鹰静音飞行特点来控制空腔风振噪声的结构，其特征在于：领边曲线与流向结构迎风边的距离c
s
如下所示：式中，z是凹面结构上的展向坐标；λ是领边曲线结构(1)的波长；a为余弦函数的幅值；c为空腔的开口宽度。7.根据权利要求1所述的一种基于猫头鹰静音飞行特点来控制空腔风振噪声的结构，其特征在于：所述凹面结构在空腔开口处形成涡旋，该涡旋在展向上不连续。

技术总结

本发明公开一种基于猫头鹰静音飞行特点来控制空腔风振噪声的结构，所述控制空腔风振噪声的结构布置在汽车天窗的前缘或者汽车侧窗的B柱上；所述控制空腔风振噪声的结构包括凹面结构；所述凹面结构包括表面脊状结构、流向结构和领边曲线结构；本发明通过在空腔开口上游位置布置一种基于猫头鹰静音飞行特点来抑制空腔风振噪声的新型结构，降低了开口前缘处的展向压力相关性，使后缘位置的边界层沿展向波动，并增厚了后缘处的边界层厚度，使其腔内的低频风振噪声和开口处的风噪得到有效抑制，优化了用户体验。优化了用户体验。优化了用户体验。