一种腔体可移动式赫姆霍兹谐振器及其控制方法与流程

本发明涉及赫姆霍兹谐振器，具体涉及一种腔体可移动式赫姆霍兹谐振器及其控制方法。

背景技术：

赫姆霍兹谐振器作为一种典型的降噪装置，广泛应用于航空发动机和燃气轮机中，以降低噪声的传播。然而，由于发动机的空间有限，可以设计非对称结构的赫姆霍兹谐振器，但是传统的非对称结构的赫姆霍兹谐振器其只能对一特定的流速起到最大的消声效果。

申请号为cn201910966633.0，名称为“一种赫姆霍兹共振器及其工作方法”的发明专利，公开了一种两个耦合共振腔的结构，两个共振腔之间通过光圈阀来调节孔径的大小。该装置很好的拓宽了消音器的消声频带，并且增加了共振峰的个数；但是，随进气主管道中流动马赫数改变时，其消声效果明显变弱。因此如何在改变流动马赫数时，使赫姆霍兹谐振器始终起到最大的消声效果成为赫姆霍兹谐振器设计的难题。

技术实现要素：

发明目的：本发明目的是提供一种腔体可移动式赫姆霍兹谐振器及其控制方法，解决了传统赫姆霍兹谐振器在流动马赫数改变状态下，消音弱的问题。本发明通过改变共振腔体与颈部短管之间的偏移距离，实现对不同掠入射声波的最大消音效果。

技术方案：本发明一种腔体可移动式赫姆霍兹谐振器，包括进气主管道，所述进气主管道上固定安装有与进气主管道竖直设置且与进气主管道相通的颈部短管，所述颈部短管的端部固定安装有刚性背板，所述刚性背板上安装有移动腔体组件，所述移动腔体组件上安装有可在移动腔体组件上滑动的共振腔体，所述共振腔体的内部与颈部短管相通，所述进气主管道的上游位置处还安装有系统控制模块，所述系统控制模块的输出端与双齿轮移动导杆组件相连接，所述双齿轮移动导杆组件带动共振腔体在移动腔体组件上滑动，所述系统控制模块用于采集进气主管道中气体流速，并基于采集的气体流速控制双齿轮移动导杆组件运动从而带动共振腔体移动，以此改变共振腔体与颈部短管之间的偏移距离。

进一步的，所述移动腔体组件包括直线轨道和方形穿孔滑块，所述直线轨道安装在刚性背板上，所述方形穿孔滑块滑动安装在直线轨道上。方形穿孔滑块可在直线轨道上左右平滑移动。

进一步的，所述共振腔体为中空且无底的圆柱形腔体。

进一步的，所述系统控制模块包括l型皮托管，所述l型皮托管的一端位于进气主管道内，l型皮托管的另一端与皮托管仪表相连接,所述皮托管仪表依次与信号处理器、步进电机控制器和步进电机相连接,所述步进电机的输出轴上安装有传动齿轮。l型皮托管安装在进气主管道上游，作为系统控制模块的输入端，用来检测进气主管道中气体流动马赫数。

进一步的，所述双齿轮移动导杆组件包括第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮分别与传动齿轮和第二齿轮相啮合，所述第二齿轮上卡接有垂直导杆，所述垂直导杆的一端与共振腔体固定连接。第一齿轮带动第二齿轮转动，随后第二齿轮带动垂直导杆左右移动，改变共振腔体与颈部短管之间的偏移距离。

进一步的，所述垂直导杆上设有与第二齿轮卡接用的卡槽。

进一步的，所述直线轨道和刚性背板上均设有与颈部短管内部位置相对应的通孔。

本发明还提供了一种腔体可移动式赫姆霍兹谐振器的控制方法，包括以下步骤：

(1)l型皮托管测量进气主管道中流体流速，并在皮托管仪表上显示，之后将数据传给信号处理器；

(2)信号处理器将l型皮托管传送的信号转变为电信号，并将电信号输送到步进电机控制器；

(3)步进电机控制器通过电信号控制步进电机转动，步进电机通过输出轴的传动齿轮带动双齿轮移动导杆组件运动；

(4)双齿轮移动导杆组件中第二齿轮运动从而带动垂直导杆运动，进而使共振腔体运动，通过改变共振腔体与颈部短管之间的偏移距离，实现对不同掠入射声波的最大消音效果。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

本发明通过l型皮托管将测量的流速信号经过一系列信号转换，传送到步进电机，带动双齿轮移动导杆组件运动，从而控制共振腔体与颈部短管之间的偏移距离，实现在不同流动马赫数下，赫姆霍兹谐振器始终保持最好消音性能的目的。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为双齿轮移动导杆组件结构示意图；

图3为移动腔体组件结构示意图；

图4为共振腔体与颈部短管之间偏移距离局部放大图；

图5为在不同掠流马赫数、不同偏心率时的赫姆霍兹传输损失图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述：

如图1至图5所示，本发明一种腔体可移动式赫姆霍兹谐振器，包括进气主管道1，进气主管道1上固定安装有与进气主管道1竖直设置且与进气主管道1相通的颈部短管2，颈部短管2为中空结构，颈部短管2的端部固定安装有刚性背板3，刚性背板3与颈部短管2垂直设置，刚性背板3上安装有移动腔体组件4，移动腔体组件4上安装有可在移动腔体组件4上滑动的共振腔体5，共振腔体5为中空且无底的圆柱形腔体，共振腔体5的内部与颈部短管2相通，因此直线轨道41和刚性背板3上均设有与颈部短管2内部位置相对应的通孔6；

移动腔体组件4包括直线轨道41和方形穿孔滑块42，直线轨道41安装在刚性背板3上，方形穿孔滑块42滑动安装在直线轨道41上，方形穿孔滑块42可在直线轨道41上平滑移动，即可带动共振腔体5平滑移动；方形穿孔滑块42与共振腔体5同轴密封连接，且方形穿孔滑块42的穿孔直径与共振腔体5的直径相同；

进气主管道1的上游位置处还安装有系统控制模块7，系统控制模块7的输出端与双齿轮移动导杆组件8相连接，双齿轮移动导杆组件8带动共振腔体5在移动腔体组件4上滑动，系统控制模块7用于采集进气主管道1中气体流速，并基于采集的气体流速控制双齿轮移动导杆组件8运动从而带动共振腔体5移动，以此改变共振腔体5与颈部短管2之间的偏移距离；

系统控制模块7包括l型皮托管71，l型皮托管71的一端位于进气主管道内1，l型皮托管71的另一端与皮托管仪表72相连接,l型皮托管71安装在进气主管道1上游，作为系统控制模块7的输入端，用来检测进气主管道1中气体流动马赫数；

其马赫数计算公式为：

其中，cf为流速，由l型皮托管71测得，c为声速，k为皮托管系数，p为皮托管测得的动压，ρ为流体密度；

皮托管仪表72依次与信号处理器73、步进电机控制器74和步进电机75相连接,步进电机75的输出轴上安装有传动齿轮；步进电机75作为系统控制模块7的输出端，其输出轴上安装有传动齿轮，与双齿轮移动导杆组件8的第一齿轮81啮合；

双齿轮移动导杆组件8包括第一齿轮81和第二齿轮82，第一齿轮81分别与传动齿轮和第二齿轮82相啮合，第二齿轮82上卡接有垂直导杆83，垂直导杆83的一端与共振腔体5固定连接；由步进电机75输出轴上的传动齿轮带动第一齿轮81转动，第一齿轮81带动第二齿轮82转动，随后第二齿轮82带动垂直导杆83移动，改变共振腔体5与颈部短管2之间的偏移距离，而由于垂直导杆83上设有与第二齿轮82卡接用的卡槽84，使得第二齿轮82转动的时候，只能带动垂直导杆83左右移动，而不能带动垂直导杆83上下运动，保证装置的运行稳定性；

共振腔体5与颈部短管2之间的偏移距离用偏心率表示为：

其中，ec表示颈部短管2底面圆心与共振腔体5底面圆心之间的距离，as表示共振腔体5底面半径。

本发明还提供了一种腔体可移动式赫姆霍兹谐振器的控制方法，包括以下步骤：

(1)l型皮托管71测量进气主管道1中流体流速，并在皮托管仪表72上显示，之后将数据传给信号处理器73；

(2)信号处理器73经过一系列的信号处理将l型皮托管71传送的信号转变为电信号，并将电信号输送到步进电机控制器74；

(3)步进电机控制器74通过电信号控制步进电机75转动，步进电机75通过输出轴的传动齿轮带动双齿轮移动导杆8组件运动；

(4)双齿轮移动导杆组件8中第二齿轮82运动从而带动垂直导杆83运动，进而使共振腔体5运动，通过改变共振腔体5与颈部短管2之间的偏移距离(ec/as)，实现对不同掠入射声波的最大消音效果。

其中步进电机控制器74通过电信号控制步进电机75转动的具体方法为：当l型皮托管71检测到的进气主管道1中不同气体流动马赫数时,由步进电机控制器74控制步进电机75转动不同的转幅，之后使步进电机75处于断电状态，共振腔体5与颈部短管2之间的偏移距离随气体流动马赫数的不同时时改变，实现对不同掠入射声波的最大消音效果。所以，在不同掠流马赫数情况下，可在一定范围内控制腔体与颈部短管之间的偏移距离达到更好的降噪目的。