现场测量管道声衬声阻抗的双传声器法实验研究

　　声衬技术在包括航空发动机在内的各种流体机械的噪声控制工程中有着广泛的需求,而其成功应用的关键环节之一在于准确地获取声衬的声阻抗.鉴于目前在复杂实际条件下声衬性能的预测理论尚不完善,因此可靠的声阻抗测量方法在发展经验性声阻抗模型上,进而在声衬设计中都占有十分重要的地位.

　　通常的声阻抗测量方法,如阻抗管法和混响室法,都针对于理想条件下的声衬试样,很难对管道内敷设的声衬进行实际条件下的现场测量.为了解决这个难题,Dean[1]提出了一种双传声器法;由于其所具有的优点和重要应用价值,相关研究从上世纪70年代至今一直都在不断地开展和深入,国内如谷嘉锦和张强[2]的工作,在国际上这种技术近年来受到“空中客车”等国际著名民用飞机制造公司和研究机构的重视[3].双传声器法在原理上需要提取声衬面板和背板处的声压信号.然而,实用蜂窝夹层声衬的结构单元通常很小,只有几毫米的宽度;因此,如果把直径不小于3.175 mm的常用传声器直接嵌入声衬内部进行测量,同时又不明显破坏声衬本身结构和性能,所面临的困难是显而易见的.一种解决途径是利用探针传声器,通过细管引出不易直接测到的声压信号[4].对于这种方法来讲,由于加装探针后传声器响应已经大大改变,所以必需精心设计校准方法才能保证测量精度.

　　本文初步研究了双传声器法现场测量管道声衬的技术.设计了包括探针传声器在内的实验装置,发展了测试方法;进而在管道内存在多重模态和声波斜入射的条件下,对实用蜂窝夹层声衬进行了测量,并对获得的声阻抗结果进行了分析和讨论.

　　1　双传声器法基本原理

　　图1所示是穿孔板声衬的一个结构单元,当波长远大于空腔的横截面尺寸时,共振腔内声传播是一维的.若已知面板和背板两处的声压pA和pB,以及它们的相位差,则由一维波导管理论容易推导出声衬表面的无量纲特性声阻抗为：

　　2　测量装置和测试方法

　　2.1　测量装置

　　从原理来看,该方法需要测量出声衬面板和背板两处的声压信号.为了尽可能小地破坏声衬本身结构,从而保证测量精度,如图2所示,本实验装置通过外径只有1.5 mm的细探针把面板和背板处的声压引出后,再用传声器进行测量.本测量装置的一个特点是,具有一个把两个探针连接在一起的整体传声器安装座,其中较短的、与背板传声器连接的探针实际上是在安装座内部加工出来的细管,较长的探针穿过蜂窝单元内部和面板,并探出声衬表面一小段距离.应用双传声器法时,声衬表面声压的测点必须接近于面板,距离要远小于波长,否则测量会受到不相关管道壁面的影响;但同时,距离又不能太近,以避免声衬小孔的近场效应.为了便于调节合适的距离,面板传声器及探针与安装座内的螺杆连接,这样通过改变螺纹旋入深度就可以调节探针测点在声衬面板上方距离.这种移动探针的方式还适合于测量不同腔深的声衬.这样设计的实验装置不仅能够完全满足双传声器法的测量需要,而且具有结构紧凑小巧,方便安装和使用的优点.