烧结FeCrAl纤维多孔材料吸声性能分析及研究

论文摘要

吸声用烧结FeCrAl纤维多孔材料是金属纤维领域一个新的研究方向。烧结FeCrAl纤维多孔材料兼具FeCrAl合金和多孔结构的特点,具有诸多独特优点,如耐高温、抗氧化、耐热腐蚀、耐气流冲击性能好、使用寿命长、易加工、有效孔隙度高、性能稳定、结构具有可设计性等,同时具有稳定且优良的吸收高强度噪声的能力,因此,烧结FeCrAl纤维多孔材料是优异的航空发动机扇涡轮腔体高温声衬材料,在航空航天、国防等特殊环境中具有其它材料难以比拟的吸收高强度噪声性能。本文采用真空烧结法制备不同孔隙性能的FeCrAl纤维多孔材料,可有效控制材料的孔隙结构参数,同时还可有效避免FeCrAl纤维毡烧结时的组分挥发；重点研究了烧结FeCrAl纤维多孔材料的吸声性能,详细分析了烧结FeCrAl纤维多孔材料的声学特性参数及吸声性能参数,结果表明,在常声压和高声强两种环境中烧结FeCrAl纤维多孔材料的孔隙度、厚度及空腔三种结构参数对材料吸声性能有显著影响；为改善烧结FeCrAl纤维多孔材料的中低频吸声性能,本文对材料的孔隙结构进行了设计组合,研究了2-3层组合结构的吸声特性,得出按孔隙度由高到低排列,且各层厚度越厚材料的吸声性能越好的结论。高声强条件下（100-140dB）单层和组合结构的吸声性能研究结果表明,在此条件下的材料吸声性能不随声压级的变化而变化,说明烧结FeCrAl纤维多孔材料具有很好的吸收高声强噪声的能力。本文是在国家“973”项目“超轻多孔和结构创新构型的多功能化基础研究”（项目编号为：2006CB601200）资助下完成的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义
• 1.2 多孔材料吸声降噪机理
• 1.2.1 多孔材料的结构特性
• 1.2.2 多孔材料的吸声原理
• 1.2.2.1 金属纤维多孔材料的吸声原理
• 1.2.2.2 共振吸声结构的吸声机理
• 1.2.2.3 亥姆霍兹共鸣器共振原理
• 1.2.3 影响多孔材料吸声性能的因素
• 1.3 金属纤维多孔材料的发展概述
• 1.3.1 金属纤维多孔材料的制备
• 1.3.2 国内外金属纤维多孔材料的发展现状
• 1.4 航空发动机高温声衬发展概况
• 1.4.1 发动机的构造及工作环境
• 1.4.2 发动机噪声源分析
• 1.4.3 高声强噪声的基础
• 1.4.3.1 高声强噪声的传播
• 1.4.3.2 高声强噪声的吸收与利用
• 1.4.4 航空发动机声衬简介
• 1.4.4.1 用于扇涡轮腔体内的声衬
• 1.4.4.2 用于燃烧室腔体壁上的声衬
• 1.4.5 声衬的吸声原理
• 1.4.6 发动机声衬结构及材料的发展研究现状
• 1.4.6.1 多孔蜂窝芯结构
• 1.4.6.2 金属微穿孔板
• 1.4.6.3 陶瓷多孔材料
• 1.4.6.4 金属纤维多孔材料
• 1.5 本课题主要研究内容
• 第2章 实验方案
• 2.1 原材料
• 2.2 烧结FeCrAl纤维多孔材料制备工艺
• 2.2.1 纤维剪切
• 2.2.2 铺毡
• 2.2.2.1 清洗机器
• 2.2.2.2 开松纤维
• 2.2.2.3 铺毡
• 2.2.3 配毡
• 2.2.4 烧结
• 2.2.5 平整
• 2.3 测试部分
• 2.3.1 烧结FeCrAl纤维多孔材料的扫描图像
• 2.3.2 烧结FeCrAl纤维多孔材料的孔结构参数的测试
• 2.3.2.1 最大孔径测试原理
• 2.3.2.2 透气系数的测试原理
• 2.3.3 常声压条件下对吸声性能的测试
• 2.3.4 高声强条件下对吸声特性的测试
• 2.3.4.1 测试原理
• 2.3.4.2 测试仪器
• 2.3.4.3 测试步骤
• 2.4 本章小结
• 第3章 结果与分析
• 3.1 最大孔径和透气系数的测试结果
• 3.2 常声压条件下的吸声性能
• 3.2.1 单层材料的声学特性
• 3.2.1.1 孔隙度对吸声系数的影响
• 3.2.1.2 厚度对吸声系数的影响
• 3.2.1.3 空腔对吸声系数的影响
• 3.2.2 双层结构的声学特性
• 3.2.2.1 单层与双层组合结构的对比
• 3.2.2.2 第一层孔隙度不同时对吸声性能的影响
• 3.2.2.3 第二层孔隙度不同时对吸声性能的影响
• 3.2.2.4 第一层厚度不同时对吸声性能的影响
• 3.2.2.5 第二层厚度不同时对吸声性能的影响
• 3.2.3 三层结构的声学特性
• 3.2.3.1 一二层孔隙度不同时对吸声性能的影响
• 3.2.3.2 各层厚度不同对吸声性能的影响
• 3.3 高声强条件下的吸声性能
• 3.3.1 常声压与高声压条件下声学特性对比
• 3.3.2 不同声压级条件下吸声特性与声阻抗率特性
• 3.3.3 单层材料的吸声特性
• 3.3.4 双层材料复合结构的吸声特性
• 3.3.4.1 单层与组合结构吸声特性的对比
• 3.3.4.2 第一层孔隙度不同对吸声性能的影响
• 3.3.4.3 第二层孔隙度不同时对吸声性能的影响
• 3.3.4.4 一二层厚度不同时对吸声性能的影响
• 3.3.5 三层材料组合结构的吸声特性
• 3.4 烧结FeCrAl纤维多孔材料的吸声特性综合分析
• 3.4.1 常声压条件下的吸声特性
• 3.4.1.1 单层材料的吸声特性
• 3.4.1.2 组合结构的吸声特性
• 3.4.2 高声强条件下的吸声特性
• 3.4.3 用于高温声衬材料的优势和前景分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 展望
• 参考文献
• 致谢