切向流与偏流相互干扰对穿孔板声阻抗的影响

　　1　引　言

　　穿孔板声衬在噪声控制和抑制振荡燃烧等工程中已获得了广泛应用。众所周知,穿孔板声衬的工作原理是共振吸声,因而其性能对环境工况特别是频率有很强的选择性,只能在一定条件达到良好的吸声效果。为克服这一局限,Dean和Tester[1]提出了一种新颖的可控声衬,即在穿孔板小孔中引入偏流,通过改变偏流速度调节其声阻抗,从而获得良好的吸声效果。这种可控声衬改变了穿孔板声衬被动吸声的传统观念,不但在主动降噪和主动抑制振荡燃烧上具有很好的应用前景,而且将其用于机匣处理,还很有希望实现叶栅颤振的主动控制[2,3]。

　　在工程应用中,例如在各种工业消声器中、飞机发动机的消声短舱内、燃烧室里,都不可避免地有流过穿孔板声衬表面的切向气流。另外,在航空发动机或火箭发动机的燃烧室内,为了防止安装于燃烧室壁面的穿孔板因过热而烧毁,通常要在穿孔板小孔中引入冷却气流以降低穿孔板温度;而且,对于上面提到的可控声衬,要人为地在穿孔板小孔中引入偏流以获得良好的吸声效果。因此,偏流对穿孔板声阻抗的影响也是不可回避的。单一流态(切向流或偏流)对穿孔板声阻抗的影响,前人已做了大量的理论和实验工作,然而对于切向流和偏流两种流态并存时如何影响穿孔板声阻抗的研究工作还十分缺乏。本文工作就是对切向流和偏流相互干扰时如何影响穿孔板声阻抗进行实验研究。

　　2　实验设备及其可靠性验证

　　2.1　实验设备

　　在本实验中,使用双传声器法测量穿孔板声阻抗,其实验设备如图1所示。驻波管是内径为35.0mm的不锈钢管,一端与功率为150 W的扬声器相连,另一端通过转接管与安装在风洞内壁面上的穿孔板相连,保证穿孔板同风洞内壁面平齐。2个传声器安装在驻波管上,传声器采集到的信号经B&K2069放大器放大后,输入计算机算出穿孔板声阻抗。根据文献[4],知道穿孔板声阻抗后,即可按下式求出其吸声系数:

其中,x为相对声抗率,r为相对声阻率。下面主要讨论流动对穿孔板声阻抗的影响。

　　切向流是通过风洞引入的,风洞内截面为正方形,其边长为120mm。直径为3mm的皮托管引入风洞内,用于测量切向流速度。偏流是由靠近声源端的两旁支管引入的,以两种不同的方式引入——吹气和吸气。旁支管在偏流吸方式下接真空泵,偏流吹方式下接空压机。在扬声器与驻波管连接处加一薄膜,以防止空气泄漏。偏流流量由浮子流量计测量,根据流量可以换算出小孔的偏流速度。

　　如图2所示,穿孔板小孔为圆形或矩形,小孔之间以阵列方式排列(单孔位于穿孔板中心),对矩形小孔,其长端与切向流方向垂直。表1列出了穿孔板小孔几何尺寸,其中板1～3为圆孔,板4为矩形孔,R为孔径,L和W分别为矩形孔长与宽,T为板厚,D为孔间距离,N为孔数。