固体火箭发动机声不稳定燃烧源于推进剂的燃烧增益与燃烧室声学空间相互耦合,并以声能的形式积聚形成声共振,所以抑制声不稳定燃烧的关键在于对声能的有效耗散。声学黑洞(Acoustic Black Hole,ABH)作为一种新型的波操纵技术,利用阻抗的...固体火箭发动机声不稳定燃烧源于推进剂的燃烧增益与燃烧室声学空间相互耦合,并以声能的形式积聚形成声共振,所以抑制声不稳定燃烧的关键在于对声能的有效耗散。声学黑洞(Acoustic Black Hole,ABH)作为一种新型的波操纵技术,利用阻抗的变化实现降低波速、增加波幅的目的,为吸声结构的设计提供了新思路。本文针对某试验发动机不稳定燃烧问题,提出应用声学黑洞的发动机声能耗散设计方法(ABH声陷阱),以提升燃烧稳定性。基于理论方法分析了ABH声陷阱中声波随传播距离的变化规律,提出了发动机中的应用方案。通过有限元仿真方法研究了含有三种几何参数ABH声陷阱发动机声学特性,结果表明:ABH声陷阱宽频范围内可以有效降低发动机内的声压,结合实际发动机燃面声激励,0~3000 Hz内33.50%~43.12%的声能可被ABH声陷阱吸收。该研究为新型固体火箭发动机抑制声不稳定燃烧提供了新思路。展开更多
声学黑洞(acoustic black hole,ABH)效应已被证明是一种潜在的振动控制和能量收集方法,但由于其局部厚度小,面临结构强度问题。针对ABH板结构,采用解析法建立了随机激励下ABH板振动疲劳寿命预测的解析模型。基于假设振型法,推导了ABH板...声学黑洞(acoustic black hole,ABH)效应已被证明是一种潜在的振动控制和能量收集方法,但由于其局部厚度小,面临结构强度问题。针对ABH板结构,采用解析法建立了随机激励下ABH板振动疲劳寿命预测的解析模型。基于假设振型法,推导了ABH板的应力频响函数,在考虑随机激励的基础上,得到了结构的随机振动位移功率谱密度函数。同时基于遗传算法对材料AL6061进行了P-S-N(probability-stress-number)曲线估计。另外,采用COMSOL软件与MATLAB软件对模型及其预测结果的正确性进行了验证,研究发现两者的固有频率偏差仅为0.11%,且位移PSD精度也十分吻合。疲劳寿命分析表明,截断厚度h 0越小和黑洞半径r abh越大,ABH效应越好,但寿命也越小。展开更多
[目的]声学黑洞(acoustics black hole,ABH)很薄的局部位置存在结构强度问题,并可能产生裂纹.本文对ABH梁随机振动的裂纹疲劳扩展分析理论进行研究,并对其疲劳寿命进行预测.[方法]采用Paris公式模拟裂纹疲劳的扩展速率,构建裂纹扩展速...[目的]声学黑洞(acoustics black hole,ABH)很薄的局部位置存在结构强度问题,并可能产生裂纹.本文对ABH梁随机振动的裂纹疲劳扩展分析理论进行研究,并对其疲劳寿命进行预测.[方法]采用Paris公式模拟裂纹疲劳的扩展速率,构建裂纹扩展速率与应力范围均方根的关系式;再基于假设振型法建立振动方程,通过应力频响函数推导出应力功率谱密度(power spectral density,PSD),进而计算随机激励下的应力范围均方根.最后将裂纹情况下等效弯曲刚度修正模型带入应力范围均方根,并提出了一种针对ABH梁的随机振动疲劳寿命预测流程.[结果]ABH梁中裂纹相对深度与疲劳寿命基本呈负相关.裂纹位置和ABH结构参数(包括黑洞半径、黑洞阶次和截断厚度)对裂纹疲劳寿命的影响具有明显的非线性特性;此外,增加阻尼能够有效延长裂纹疲劳寿命.[结论]当监测到ABH梁的裂纹时,需根据裂纹的位置和相对深度、黑洞半径、截断厚度等参数预测ABH梁的裂纹疲劳寿命.展开更多
声学黑洞(acoustic black hole,ABH)效应可以产生强烈的能量集中,能够将高频率低振幅的低品质振动能量转化为高振幅的高品质振动能量,从而便于利用。提出并研究了一种环形二维声学黑洞压电能量收集装置。有限元分析结果表明,环形二维AB...声学黑洞(acoustic black hole,ABH)效应可以产生强烈的能量集中,能够将高频率低振幅的低品质振动能量转化为高振幅的高品质振动能量,从而便于利用。提出并研究了一种环形二维声学黑洞压电能量收集装置。有限元分析结果表明,环形二维ABH结构能在宽频域内显著提高能量收集效率。搭建了环形二维声学黑洞压电能量收集器试验测试平台,通过试验验证了仿真结果的正确性。与经典二维ABH结构相比,环形二维ABH结构具有更好的能量收集效率和结构强度。分析了压电片几何尺寸等因素对装置能量收集效率的影响,得到了能获得较高输出功率的几何尺寸范围,并进行了正交试验设计,研究了截断厚度、压电片尺寸、中央平台直径、幂指数等多因素的综合影响。展开更多
文摘固体火箭发动机声不稳定燃烧源于推进剂的燃烧增益与燃烧室声学空间相互耦合,并以声能的形式积聚形成声共振,所以抑制声不稳定燃烧的关键在于对声能的有效耗散。声学黑洞(Acoustic Black Hole,ABH)作为一种新型的波操纵技术,利用阻抗的变化实现降低波速、增加波幅的目的,为吸声结构的设计提供了新思路。本文针对某试验发动机不稳定燃烧问题,提出应用声学黑洞的发动机声能耗散设计方法(ABH声陷阱),以提升燃烧稳定性。基于理论方法分析了ABH声陷阱中声波随传播距离的变化规律,提出了发动机中的应用方案。通过有限元仿真方法研究了含有三种几何参数ABH声陷阱发动机声学特性,结果表明:ABH声陷阱宽频范围内可以有效降低发动机内的声压,结合实际发动机燃面声激励,0~3000 Hz内33.50%~43.12%的声能可被ABH声陷阱吸收。该研究为新型固体火箭发动机抑制声不稳定燃烧提供了新思路。
文摘声学黑洞(acoustic black hole,ABH)效应已被证明是一种潜在的振动控制和能量收集方法,但由于其局部厚度小,面临结构强度问题。针对ABH板结构,采用解析法建立了随机激励下ABH板振动疲劳寿命预测的解析模型。基于假设振型法,推导了ABH板的应力频响函数,在考虑随机激励的基础上,得到了结构的随机振动位移功率谱密度函数。同时基于遗传算法对材料AL6061进行了P-S-N(probability-stress-number)曲线估计。另外,采用COMSOL软件与MATLAB软件对模型及其预测结果的正确性进行了验证,研究发现两者的固有频率偏差仅为0.11%,且位移PSD精度也十分吻合。疲劳寿命分析表明,截断厚度h 0越小和黑洞半径r abh越大,ABH效应越好,但寿命也越小。
文摘[目的]声学黑洞(acoustics black hole,ABH)很薄的局部位置存在结构强度问题,并可能产生裂纹.本文对ABH梁随机振动的裂纹疲劳扩展分析理论进行研究,并对其疲劳寿命进行预测.[方法]采用Paris公式模拟裂纹疲劳的扩展速率,构建裂纹扩展速率与应力范围均方根的关系式;再基于假设振型法建立振动方程,通过应力频响函数推导出应力功率谱密度(power spectral density,PSD),进而计算随机激励下的应力范围均方根.最后将裂纹情况下等效弯曲刚度修正模型带入应力范围均方根,并提出了一种针对ABH梁的随机振动疲劳寿命预测流程.[结果]ABH梁中裂纹相对深度与疲劳寿命基本呈负相关.裂纹位置和ABH结构参数(包括黑洞半径、黑洞阶次和截断厚度)对裂纹疲劳寿命的影响具有明显的非线性特性;此外,增加阻尼能够有效延长裂纹疲劳寿命.[结论]当监测到ABH梁的裂纹时,需根据裂纹的位置和相对深度、黑洞半径、截断厚度等参数预测ABH梁的裂纹疲劳寿命.
文摘声学黑洞(acoustic black hole,ABH)效应可以产生强烈的能量集中,能够将高频率低振幅的低品质振动能量转化为高振幅的高品质振动能量,从而便于利用。提出并研究了一种环形二维声学黑洞压电能量收集装置。有限元分析结果表明,环形二维ABH结构能在宽频域内显著提高能量收集效率。搭建了环形二维声学黑洞压电能量收集器试验测试平台,通过试验验证了仿真结果的正确性。与经典二维ABH结构相比,环形二维ABH结构具有更好的能量收集效率和结构强度。分析了压电片几何尺寸等因素对装置能量收集效率的影响,得到了能获得较高输出功率的几何尺寸范围,并进行了正交试验设计,研究了截断厚度、压电片尺寸、中央平台直径、幂指数等多因素的综合影响。
