具体实施方式

本申请实施例提供的方案中，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

参见图1、图2以及图3，本申请实施例提供了一种适用于高速风洞稳定段的消声器，该消声器包括：并列排列的多个单片消声器；每个所述单片消声器包括依次连接的第一部件1、第二部件2以及第三部件3，其中，

所述第二部件2，包括蒙皮21、多个隔板22、由所述蒙皮21和所述隔板22形成的多个谐振腔23、消声结构24、设置于所述蒙皮21表面的多个小孔25以及共振器26；

所述多个隔板22包括第一隔板221和第二隔板222，所述多个谐振腔23包括由所述蒙皮21折叠形成的第一矩形谐振腔231、由所述第一隔板221设置于所述第一矩形谐振腔231内部所形成的第二矩形谐振腔232以及由所述第二隔板222设置于所述第二矩形谐振腔232对角线位置所形成的三角形谐振腔233；

所述消声结构24设置于所述第二隔板222上，用于吸收噪声；所述共振器26是由所述多个小孔25与所述三角形谐振腔233形成，用于吸收噪声。

进一步，在一种可能实现的方式中，所述单片消声器的列数取值范围为(5，10)，厚度不超过300mm，高度不超过2000mm，长度取值范围为(0.8D，D)，其中，D表示预设风洞稳定段直径。

进一步，在一种可能实现的方式，所述第二部件(2)的长度取值范围为(0.75L，0.85L)或(5H，8H)，其中，L表示所述单片消声器的长度，H表示预设相邻单片消声器气流通道间距。

进一步，在一种可能实现的方式，所述蒙皮21的厚度取值范围为(2mm，5mm)。

进一步，在一种可能实现的方式，所述小孔25的直径取值范围为(2mm，5mm)，且所述小孔25的开孔率取值范围为(1％，5％)。

进一步，在一种可能实现的方式，所述消声结构24的材料为泡沫铝。

本申请实施例所提供的方案中，消声器结构24的材料采用泡沫铝，由于泡沫铝具有不易变形、高比刚度、吸声性能以及不燃烧且具有较好的耐热性等特性，提高了消声器器降噪性能稳定。

进一步，在一种可能实现的方式，所述泡沫铝的孔径取值范围为(1mm，1.6mm)且孔隙率的取值范围为(68％，78％)。

进一步，为了减小消声器所承受的流动阻力，在一种可能实现的方式，所述第一部件1为半球形结构，所述第二部件2为矩形结构，所述第三部件3为渐缩尖劈形结构，所述第一部件1、所述第二部件2以及所述第三部件3连接形成导流片式结构。

具体的，在本申请实施例所提供的方案中，导流片式结构消声器外形为平顺的流线型，气流流过导流片式结构消声器后不易发生分离，可使得气流阻力损失减小，同时由于风洞气流再进入稳定段前必须经过复杂的调压阀门系统，而阀后的气流非常不均匀，存在很多大尺度旋涡，阀门后气流首先进入的是风洞稳定段消声器，而通过消声器通道间的气流导直作用，可以为风洞试验段提供较好的来流稳定性条件，配合稳定段蜂窝器、阻尼网等整流措施，保证了风洞试验段均匀稳定的气流品质。

进一步，在一种可能实现的方式中，所述第三部件3的渐缩尖劈形结构锥角取值范围为(30°，40°)。

为了便于理解上述消声器，下面对消声器的设计思路进行简要介绍。具体的，参见图4，消声器设计思路过程如下所示：

(1)根据预设风洞稳定段来流要求的频带范围的降噪量，选择稳定段消声器结构为复合型式，即利用蒙皮上的小孔与三角形谐振腔构成Helmholtz共振器，然后利用Helmholtz共振器共振吸声及内部阻性吸声材料两种方式共同吸声，采用阻性及抗性消声耦合设计方法，弥补了单一消声形式的降噪效果的不足，降低宽频域范围的气流噪声。

(2)根据多个消声器之间气流流速与压力损失要求，选取消声器在稳定段内截面的堵塞度，确定消声器的基本外形参数。消声器在稳定段内截面堵塞度是消声器设计的基本参数，合适的堵塞度可以有效限制消声器器之间的气流通道的流速，降低压力损失。为了获得合理的气流通道速度和压力损失，消声器当地截面堵塞度应选取在40％～50％，消声器器之间通道流速限制在30m/s左右。

具体的，稳定段空气密度由稳定段压力及气流温度根据如下气体状态方程计算得到：

稳定段气流流量由如下气体流量公式计算得到：

其中，ρ表示稳定段空气密度；P₀表示稳定段总压；T₀表示稳定段总温；R表示空气气体常数，R＝287J/kg/K；m表示稳定段气流密度；A表示风洞相应喷管喉道面积；C表示常数，当空气γ＝1.4，R₀＝287时，C＝0.04042；q(λ)表示流量系数，在喷管喉道处为1。

根据下式可计算得到消声器之间通道流速为：

其中，S表示设置消声器的稳定段横截面积；α表示消声器在稳定段内截面堵塞度。

将公式(1)和公式(2)带入公式(3)可得：

(3)确定所设计消声器的消声器中谐振腔长度、隔板间距。为了获得较低的气流压力损失，消声器整体外形采用平滑流线导流片式外形，头部为半圆形，尾部为渐缩尖劈形，为了适当控制消声器整体消声结构长度，尾部收缩夹角选取范围在30°～40°。消声器的降噪量与消声器的有效吸声长度成比例。消声器有效吸声长度每增加一个相邻隔板间隔，降噪量增加2～3dB，消声器有效吸声长度为5倍～8倍消声器间距较适宜。

(4)确定消声器蒙皮开孔率、蒙皮厚度、蒙皮小孔直径等蒙皮结构参数。实际风洞气流噪声是宽频带的，确定蒙皮结构参数需要考虑低峰频噪声并兼顾宽带噪声。当蒙皮厚度太大、孔径太大，蒙皮起不到共振腔的作用，蒙皮太薄、孔径太小，会使降噪主频峰值移向高频，在参数设计时需要综合考虑，消声器蒙皮厚度选取在2mm～5mm，蒙皮小孔直径选取在2mm～5mm。根据理论计算分析，较大的开孔率会提高降噪峰值，较低开孔率可拓宽降噪频带，一种适用于高速风洞稳定段的消声器蒙皮开孔率选取在1％～5％。

(5)选择消声器谐振腔内部形状及结构参数，增加消声器谐振腔内部深度，可使消声器降噪主频率向低频方向推移；为有效改善消声器的降噪性能，消声器谐振腔3内部形状适宜采用三角形谐振腔。在消声器有效吸声长度内，将腔室划分为若干纵向矩形腔，每个矩形腔对角线设置隔板，将矩形谐振腔划分若干三角形谐振腔。在分隔腔室对角线方向隔板两侧布置吸声系数较大的吸声材料，提高整体消声器的降噪效果。分隔腔室对角线方向隔板两侧布置吸声材料的参数选取与布置应与分隔腔室的内部空间及吸声材料的吸声特性综合确定。为避免消声器内部吸声材料在长期使用后会发生下沉、堆积、受潮及被抽出等现象，分隔腔室对角线方向隔板两侧布置的吸声材料采用泡沫铝，可保持消声器长期稳定消声性能，使用寿命长。泡沫铝平均孔径选取在1～1.6mm，孔隙率选取在68％～78％。

(6)根据消声器降噪性能计算方法，对选取的消声器设计参数进行降噪效果预测；当消声器基本外形参数及堵塞度确定后，根据消声器声学设计原理与降噪性能计算方法，对选取的消声器长度、厚度、隔板间距、蒙皮厚度、开孔率和小孔直径等参数进行降噪效果预测。

谐振腔室消声器降噪特性可以由下述公式(5)(6)(7)(8)(9)计算给出。式中正负号选择使Re(v)值较小的符号进行计算。

Z＝R+jX (5)

R＝0.67ρu/p (6)

X＝[ωρ(t+δ)/ρ]-ρc·cot(kd) (7)

L_A＝8.69·l·Re(v) (8)

v＝jk{1-(2/kh)²[1+1/(1+4Z/jhkρC)±

[1+1/(1+4Z/jkhρC)²]^1/2]}^1/2 (9)

其中，Z表示声阻抗，单位为Pa.s/m³；R表示声阻，单位为Pa.s/m³；X表示声抗，单位为Pa.s/m³；C表示声速，大小为340m/s；v表示声传播常数，大小为1/m；ω表示角频率，ω＝2πf，f表示频率，单位为Hz；ρ表示空气密度，单位为kg/m³；u表示消声器间气流速度，单位为m/s；ρc表示空气特征阻抗，单位为Pa.s/m³；l表示消声器有效吸声长度，单位为m；d表示消声器厚度，单位为m；h表示消声器间距的一半，单位为m；L_A表示降噪量，单位为dB；k表示波数，k＝ω/C；t表示蒙皮厚度，单位为m；δ表示修正后的孔径，δ＝0.85a，a表示蒙皮小孔直径，单位为m；p表示蒙皮开孔率；

(7)对比理论设计消声量与目标消声量，如理论设计消声量未达到目标消声量要求，综合考虑修改消声器各项设计参数再进行迭代计算比较，直至获得满足目标消声量要求的最佳消声器设计参数方案。

本申请实施例所提供的方案中，通过蒙皮21表面的多个小孔25与三角形谐振腔233形成共振器26，通过共振器26共振降低高速风洞流道内的气流噪声，即抗性消声，以及通过设置于第二隔板222上的消声结构24及吸声材料来吸收噪声，即阻性消声。因此，在本申请实施例所提的方案中，通过共振器26和消声结构24来结合消除噪声，不仅弥补了单一消声形式的降噪效果的不足，提高了消声器的降噪性能，还通过共振器26对中低频段进行消声以及通过消声结构24来对高频端进行消声，拓宽了消声器吸声降噪频带范围，提高了高速风洞来流宽频域范围内的降噪效果，进而使得满足高速风洞高品质流场的要求。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。