柔性微纳结构的降噪性能

kaola1992

随着近代工业文明的发展，噪声问题日益凸显。针对环境噪声和气动噪声的抑制展开研究。一方面，环境噪声与人们日常息息相关，是危害人类健康的公害；另一方面，气动噪声也日益引起重视，不仅大型客机和高速车辆受到困扰，无人机等作战武器也需要安静飞行能力。本论文以环境降噪和气动降噪为目标，应用微纳制造技术和仿生学研究成果，研制了相应的柔性微纳降噪结构。 在环境降噪方面，微穿孔板共振结构是一种实用有效的方法，但其共振吸声原理限制了吸声带宽。解决方法有两个：一是应用微制造技术进一步减小孔径，提高小孔声阻抗；二是使用柔性材料，引入微穿孔板本身的振动。本论文将两者结合，应用微电子机械系统（MEMS）技术发展出PDMS材料柔性微穿孔板的制备流程。研究表明，应用柔性材料能够拓宽微穿孔板吸声带宽，且会将吸收峰向低频移动。本论文设计的柔性微穿孔板能够在相当宽的频带内实现理想的吸声效果，吸声系数在0.7以上的吸声频带从2 – 5 kHz拓展到了1.5 – 6 kHz，完成了预期目标。 在气动降噪方面，鸮类无声飞行特性为解决这一问题提供了新思路。长耳鸮是静音飞行鸮的一种，其表皮绒毛、皮肤微孔和皮下空腔构成了独特的耦合吸声降噪结构。本论文研究应用微纳技术模仿该结构，依次制备了纳米结构层、微米结构层和空腔层。分别应用MEMS技术模仿皮肤的微米尺度结构，应用ZnO纳米线阵列模仿表皮绒毛，并通过比较不同参数，完善优化仿生降噪膜片的设计。研究表明，微孔结构对气动噪声抑制效果明显，纳米线结构的降噪性能规律性不强，但设计参数合理的微纳复合降噪结构可以在低风速下实现6dB以上的降噪效果。