仿貓頭鷹可粘附柔性降噪膜片設計和製造

《仿貓頭鷹可粘附柔性降噪膜片設計和製造》是依託安徽工業大學，由單建華擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：仿貓頭鷹可粘附柔性降噪膜片設計和製造
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：單建華
• 依託單位：安徽工業大學

項目摘要

降低噪聲既是保護環境的迫切需要，也是節能降耗、發展聲隱形軍事裝備所必須解決的問題，一直是各國研究機構感興趣的重要研究課題。本項目以貓頭鷹靜音飛行現象為出發點，貓頭鷹羽毛降噪特徵結構降噪性能為基礎，設計出具有降噪性能的仿生膜片，並採用微細加工技術研製。採用SU8厚膠技術製造仿貓頭鷹多層精細結構，PDMS製造空腔吸聲結構，同時製造仿壁虎粘附陣列，最後化學鍵合SU8層和PDMS層，獲得降噪膜片。膜片是柔性的，能粘附在各種曲面上。採用包括聲學風洞、流場可視化、噪聲頻譜分析等技術，特別是採用流場可視化技術觀察翅膀表面的湍流邊界層在柔性表面的運動發展過程，分析湍流特性。採用譜方法對湍流控制方程進行直接數值模擬來對膜片進行減阻降噪理論分析，對減阻降噪結構和尺寸進行最佳化，提高膜片減阻降噪性能。對於管道流該膜片預計減阻率達15%以上，對於繞流場預計降噪5dB以上。

結題摘要

根據貓頭鷹靜音飛行現象，深入研究了貓頭鷹羽毛結構，提取出與噪聲有關的結構，進行實驗和仿真研究，套用於微型無人機的旋翼和離心泵葉片的仿生降噪設計。 1、搭建了微旋翼氣動與聲學特性測試平台，對典型結構：絨毛覆蓋，後緣鋸齒，PDMS梳齒，翼型穿孔和前緣凸起進行實驗，採用的旋翼型號是EP1047。實驗結果如下旋翼線速度與貓頭鷹飛行時翅膀速度相當，植絨具有降噪效果，下表面更佳，氣動性能有所提高。鋸齒改造後升力略有降低，噪聲都有所降低，齒高是主要因素。後緣修飾PDMS梳齒結構，升力變化不大，噪聲有一定程度下降。前緣凸起的機翼結構對降低聲壓級有效果。 2、微型無人機的機翼仿生氣動性能仿真研究。對NACA 2412固定翼型進行了仿生非光滑表面減阻降噪研究：機翼的上、下表面布置非光滑的矩形狀條紋結構，表明：下表麵條紋結構改善機翼的氣動性能，上表麵條紋結構破壞機翼的氣動性能。DJI1045微旋翼的氣動性能仿真研究，最大的壓力差出現靠近槳尖處，旋翼尾緣附近的結構對旋翼氣動性能影響較大。前緣凸起仿生旋翼前緣處的波紋結構有效增加旋翼上表面負壓，且增加負壓的能力隨著波峰到波谷逐漸增大，增大了旋翼升力；減小旋翼產生的氣動噪聲。後緣鋸齒仿生結構對旋翼氣動性能影響較小，但能夠較大程度上降低旋翼的氣動噪聲。將兩種仿生結構耦合，耦合仿生旋翼可以改善旋翼的氣動性能和噪聲特性。 3、離心泵葉片的仿生減阻降噪設計與仿真，D46-50X4 型多級離心泵在標準工況下葉輪流道以及導葉流道內，均存在著明顯的漩渦堵塞。在葉片工作面添加仿生溝槽結構，仿真結果表明：葉輪流道中的大型漩渦已經消除，反導葉的流道內，漩渦量有了一定減少，但無法徹底消除,單級揚程提高了0.8m，單級效率提高了2.1%。表明仿生非光滑結構能夠起到減阻增效的效果。