КАМЕРА АКУСТИЧЕСКАЯ ЗАГЛУШЕННАЯ Российский патент 2010 года по МПК E04B1/82 

Изобретение относится к звукопоглощающим и звукоизолирующим конструкциям в заглушенных камерах, предназначенных для исследования акустического поля газовых струй и других излучателей, генерирующих акустические волны преимущественно в полусфере.

Для создания условий измерения акустического давления, приближенных к свободному полю, в заглушенных камерах по внутренней поверхности устанавливают звукопоглощающие покрытия и звукопоглощающие элементы. Известна заглушенная камера для акустических измерений шумов элементов конструкций авиационных двигателей, содержащая корпус, внутренняя поверхность которого облицована звукопоглощающим покрытием из упругого пористого материала, установленным с зазором вдоль внутренней поверхности камеры (RU 2027160, МПК G01M 15/00. Описание изобретения к патенту РФ. Заглушенная камера для акустических измерений шумов элементов конструкций авиационных двигателей. Опубликовано 1995.01.20). Выхлоп рабочего тела осуществляется сквозь покрытие по всей его поверхности в зазор между стенами и покрытием и затем через два патрубка выхлопного устройства. Недостатком применения покрытия из пористого или волокнистого материала является снижение его поглощающей способности на средних и низких частотах, начиная приблизительно с 1000÷500 Гц, что ограничивает нижний частотный рабочий диапазон камеры.

Известна безэховая камера аэрокосмического университета Флориды, предназначенная для исследования акустического излучения газовых струй (D. Jansson, J. Mathew, J.P. Hubner, M. Sheplak, and L. Cattafesta. Design and Validation of an Aeroacoustic Anechoic Test Facility. Department of Mechanical and Aerospace Engineering University of Florida, Gainesville. 8th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference. June 17-19, 2002). Камера располагается в специально спроектированном помещении, на внутренней поверхности которого установлены звукопоглощающие клинья длиной около 1 м. Над клиньями на полу установлена металлическая решетка для работы обслуживающего персонала. Внутренняя площадь камеры составляет 5×5,5 м. Диапазон рабочих частот камеры от 100 Гц и выше. Недостатком существующей камеры являются ее большие размеры, которые определяются толщиной звукопоглощающего покрытия, которое может использоваться только в камерах, имеющих корпус с размерами более 4 м и соответственно высокую стоимость, большие затраты на эксплуатацию.

Известна камера акустическая заглушенная звукомерная, выбранная в качестве прототипа, которая имеет ограниченный поверхностями корпуса объем, звукопоглотитель из минеральной стекловаты, прижатой металлической сеткой с шагом 0,05÷0,5 мм и через воздушный зазор 10÷15 мм установленного слоя звукопоглощающих акустических клиньев высотой 500 мм, имеющих форму прямоугольных и треугольных призм (RU 2196206, МПК Е04В 1/82, H01Q 17/00. Описание изобретения к патенту РФ. Камера акустическая заглушенная звукомерная. Опубликовано 2003.01.10). Воздушный зазор между слоем клиньев и слой стекловаты толщиной 150÷900 мм, прижатый металлической сеткой, работает как резонансный поглотитель и увеличивает звукопоглощение на низких частотах. Нижние граничные частоты в зависимости от толщины покрытия составляют соответственно от 100 до 31,5 Гц. Поглощение акустических волн в области низких частот, начиная с 1000÷500 до 100 Гц, происходит преимущественно в каналах, которые образуют звукопоглощающие клинья. Минимальный размер корпуса камеры составляет 4,8×4,3×3,8 м.

Недостатком существующей камеры являются ее большие размеры, определяемые толщиной звукопоглощающего покрытия, которое не позволяет его использовать в камерах с меньшими размерами корпуса. Применение звукопоглощающих клиньев менее 500 мм увеличивает нижнюю граничную частоту камеры и ухудшает ее характеристики. В то же время для исследований акустики струй, для обучения и подготовки специалистов экономически целесообразно использовать малогабаритные камеры, которые имеют стоимость, во много раз меньшую, по сравнению с большими камерами, требуют меньших затрат на их эксплуатацию, могут размещаться в лабораторных помещениях.

Целью изобретения является уменьшение габаритов и стоимости акустической заглушенной камеры, предназначенной для исследования акустического поля газовых струй и других излучателей, генерирующих акустические волны преимущественно в полусфере за счет уменьшения толщины звукопоглощающей конструкции.

Указанная цель достигается тем, что в камере акустической заглушенной, имеющей ограниченный поверхностями корпуса объем и звукопоглощающее покрытие из слоя стекловаты, закрепленное с помощью металлической сетки, воздушного зазора, образующего со звукопоглощающим покрытием резонансный звукопоглотитель, и звукопоглощающих призматических элементов, расположенных с внутренней стороны звукопоглощающего покрытия, согласно изобретению звукопоглощающие элементы расположены под углом 10÷45° к поверхности звукопоглощающего покрытия и образуют с ним каналы, открытые навстречу направленияю распространения акустических волн. В качестве резонансного звукопоглотителя служит проницаемое звукопоглощающее покрытие, закрепленное по его наружной поверхности на сетке с размером ячеек 50÷100 мм, расположенной с воздушным зазором 100 мм от внутренней поверхности корпуса камеры. На внутреннюю поверхность корпуса акустической заглушенной камеры нанесено дополнительное звукопоглощающее покрытие из пористого материала толщиной до 10 мм.

На чертеже показана схема акустической заглушенной камеры в продольном разрезе.

Камера состоит из металлического корпуса 1, собранного из секций, изготовленных из стальных листов и уголков. На внутреннюю поверхность корпуса приклеено пористое звукопоглощающее покрытие 2 из листов материала типа «изолон» толщиной 4 мм. На металлической сетке 3, расположенной на расстоянии 100 мм от внутренней поверхности корпуса камеры, с помощью капроновых шнуров закреплено звукопоглощающее покрытие 4, изготовленное из матов сверхтонкого стекловолокна типа «изовер» толщиной 100 мм с объемной плотностью 14 кг/м³, и размещенных в чехлах из тонкой звукопроницаемой ткани - бязи. В качестве звукопоглощающих элементов 5 используются звукопоглощающие маты толщиной h=100 мм и длиной L_K=600 мм из сверхтонкого стекловолокна в чехлах из бязи, закрепленных шарнирно на металлической сетке на проволочных крюках и петлях 6, пришитых к чехлам. Звукопоглощающие элементы 5 могут иметь форму прямоугольной или треугольной призмы с отношением высоты призмы L_K к основанию h более двух. Известно, что наибольшая интенсивность звука генерируется струей на расстоянии 5÷10 диаметров струи в полусфере, расположенной по направлению течения (Кузнецов Н.Д., Загузов И.С., Комаров А.П. Акустика газовых потоков турбореактивных двухконтурных двигателей. Уфа, УАИ, 1981 101 с.). Поэтому возникающие акустические волны распространяются преимущественно по направлениям 7, показанным на чертеже, и поглощаются, попадая в каналы, образованные звукопоглощающими элементами и поверхностью звукопоглощающего покрытия. Подача в камеру исследуемой газовой струи 8 осуществляется генератором 9, установленным на передней стенке корпуса камеры.

За счет наклона звукопоглощающих элементов длиной L_K на угол φ, равный 10÷45° относительно поверхности звукопоглощающего покрытия, они образуют с ним каналы, протяженность которых больше, чем высота звукопоглощающего элемента Н_K. Это позволяет уменьшить размеры камеры и получить эффективное звукопоглощение на частотах до 100 Гц при малой высоте звукопоглощающих элементов.

Эффективное поглощение акустических волн звукопоглощающим покрытием обеспечивается за счет размещения металлической сетки, имеющей малую площадь относительно звукопоглощающего покрытия, и использования для чехлов тонкой звукопроницаемой ткани. Высокая звукопоглощающая способность конструкции обеспечивается также организацией резонансного акустического поглощения волн, создаваемого проницаемым звукопоглощающим покрытием и воздушным зазором между ним и стенкой камеры. Дополнительное поглощение волн происходит в пористом покрытии, нанесенном на внутренние поверхности стен камеры.

При размерах звукопоглощающего элемента L_K=600 мм, h=100 мм и угле наклона φ=20° его высота будет равна Н_K=300 мм, что на 300 мм меньше, чем при установке его под углом φ=90°. Это позволяет уменьшить размеры корпуса камеры при нижней граничной частоте рабочего диапазона, приблизительно равной 100 Гц. Общая толщина звукопоглощающей конструкции составит Н=500 мм, что позволяет использовать ее в камере с размером корпуса 3×2×2 м и размерами рабочей зоны 1,5×1×1 м.

Изобретение относится к звукопоглощающим и звукоизолирующим конструкциям, акустическим измерениям. Технический результат: уменьшение размеров и стоимости акустической заглушенной камеры за счет уменьшения толщины звукопоглощающей конструкции. Камера акустическая заглушенная имеет ограниченный поверхностями корпуса объем и звукопоглощающее покрытие из слоя стекловаты, закрепленное с помощью металлической сетки, воздушного зазора, образующего со звукопоглощающим покрытием резонансный звукопоглотитель, и звукопоглощающих призматических элементов, расположенных с внутренней стороны звукопоглощающего покрытия. Звукопоглощающие элементы расположены под углом 10-45 градусов к поверхности звукопоглощающего покрытия и образуют с ним каналы, открытые навстречу направлению распространения акустических волн. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Камера акустическая заглушенная, имеющая ограниченный поверхностями корпуса объем и звукопоглощающее покрытие из слоя стекловаты, закрепленное с помощью металлической сетки, воздушного зазора, образующего со звукопоглощающим покрытием резонансный звукопоглотитель, и звукопоглощающих призматических элементов, расположенных с внутренней стороны звукопоглощающего покрытия, отличающаяся тем, что звукопоглощающие элементы расположены под углом 10÷45° к поверхности звукопоглощающего покрытия и образуют с ним каналы, открытые навстречу направлению распространения акустических волн.

2. Камера акустическая заглушенная по п.1, отличающаяся тем, что в качестве резонансного звукопоглотителя служит проницаемое звукопоглощающее покрытие, закрепленное по его наружной поверхности на сетке с размером ячеек 50÷100 мм и расположенной с воздушным зазором 100 мм от внутренней поверхности корпуса камеры.

3. Камера акустическая заглушенная по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что на внутреннюю поверхность корпуса акустической заглушенной камеры нанесено дополнительное звукопоглощающее покрытие из пористого материала толщиной до 10 мм.