飞机封闭腔室减重降噪优化方法.pdf

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaSep．252014V01．35No．92491-2499ISSN1000．6893CN11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cadoi：10．7527／$1000—6893．2014．0103飞机封闭腔室减重降噪优化方法杨君坦，李云龙，王晓军*，邱志平北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100191摘要：噪声水平是现代飞机封闭腔室设计的重要指标，设计中单纯地对壁板进行加肋

2、处理虽能显著降低噪声但会大大增加结构质量，为此对由封闭腔室构成的结构一声耦合系统进行了减重降噪优化研究。基于结构一声耦合有限元模型，利用有限元软件ACTRAN计算了频谱加载时舱内的声压响应。通过试验对简化处理及数值计算进行了验证，并修正了相关模型参数。为了降低结构质量，以加强肋为边界对舱门壁板进行了分区，通过对各个区域壁板厚度及肋条截面积的优化设计，使系统动刚度分配更趋合理，降低了声辐射能量以及结构一声腔的耦合性，从而实现了在满足噪声约束条件下减轻结构质量的目标。本文的工作对实际工程中由加肋壁板所构成的类似

3、结构的减重降噪设计有着较好的工程指导价值。关键词：声辐射；结构一声耦合；有限元法；噪声预测；结构优化中图分类号：V216．5+4；V223．5文献标识码：A文章编号：i000—6893(2014)09—2491-09由弹性壁板所围成的封闭腔室广泛存在于汽车、机车、船舶以及航空航天结构中，飞机的各类设备舱就是其中典型的代表[1]。随着现代战机对机动性能、操纵性能、人机功效等的要求越来越高以及仪器设备的精密化与复杂化，对该类腔室的振动与噪声环境提出了越来越严苛的要求。研究表明，在这类结构中，弹性板壳的振动引起的

4、声辐射是主要的噪声源之一L2’3J。过强的振动与噪声环境会影响舱内仪器设备的正常工作，使飞机结构本身产生声疲劳和损伤，从而影响结构的寿命甚至威胁飞行安全，因此控制薄壳结构的振动声辐射具有重要的工程意义[4]。具体到设备舱的结构设计中，一方面希望减小结构振动及由此导致的声辐射噪声，另一方面希望在满足结构功能的前提下其质量尽可能轻，因此振动结构的设计要兼顾减小质量和降低噪声的要求[5]。这可以通过对系统进行结构声学优化设计来实现，通过改变结构元件的布置、尺寸、拓扑形状等结构参数，能有效改善结构系统声学及振动特性

5、，同时能避免其他性能指标(如质量)的恶化。结构声学优化有明显的学科交叉性，结构参数的变化不仅涉及到结构，还涉及到结构与声场的相互作用，甚至涉及到强度刚度等问题。优化过程中需要对声振响应等进行分析[6]，本文对封闭腔室的声响应分析主要基于有限元方法。有限元方法一般用于封闭结构的内场及声场结构耦合问题。近年来国内外有不少关于结构声学优化的研究，并取得了一定的成果。Luo和Gea[71分析了结构一声耦合系统的内声场优化问题，并用拓扑优化方法将肋骨的分布转化为材料分布问题来处理。Lamancusa[81利用ANSY

6、S对结构一声耦合的收稿日期：2013．12．30；退修日期：2014．04．29；录用日期：2014．05-19；网络出版时间：2014．06．0620：03网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／10．7527／$1000-6893．2014．0103．html基金项目：国家自然科学基金(11002013，11372025)；国防基础科研项目(B2120110011)；高等学校学科创新引智计划(B07009)*通讯作者．Tel．：010—82313658E-mail：XJWang@

7、buaa．edu．cn孑1用蓥武

8、YangJT，LiYL，WangXJ。etal．AnoptimizationapproachformSSSreductionandnoisedampeningofaircraftclosedchamber[J．．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．2014．35(9)：2491-2499．杨君坦．李云龙．王晓军．等．飞机封闭整室减重降噪优亿方法[J]．航空学掇，2014，35(9)：2491-2499．航空学报Sep．252014Y01．

9、35No．9立方体声腔结构的声响应进行了数值模拟，并用模型试验进行了修正与验证，基于此对前壁板上的肋条进行了结构声学优化，取得了与试验较相符的结果，但优化设计过程中未优化壁板厚度，也未考虑结构质量。张军等[91o]对声场一结构耦合系统声压约束下壁板的质量进行了优化设计研究，得到了满足所关注频率范围声压响应约束的上壁板厚度分布规律，有较好的结构减重效果。国外还有学者在计算模型的参数修正及优化结果的试验验证方面做出了