【正文】 元法板厚（mm）孔徑（mm）腔深（mm）穿孔率（%）1階通過頻率1/2階通過頻率1階通過頻率1/2階通過頻率1141415由表3可以看出，雖然模態(tài)匹配法計算的消聲量值比邊界元法計算的消聲量值偏大，但總體趨勢是一致的，可以作優(yōu)化設(shè)計。 模態(tài)匹配法，CAA,等價分布源法計算結(jié)果比較（阻變化）2) ,。葉片數(shù)：；葉片直徑：。因為沒有實驗數(shù)據(jù)給出計算所需要的入口聲源模態(tài)向量，因此入口聲源處模態(tài)向量的輸入按4種假設(shè)情況給出，包括僅有1階徑向模態(tài)，僅有1階、2階，僅有1階、2階、3階，和4階全部考慮；各階的幅值假定隨階數(shù)按等比數(shù)列衰減，由于只有一階徑向模態(tài)傳播，因此各種輸入不會有大的差別。包括算例4到7。設(shè)計轉(zhuǎn)速為22000rpm，轉(zhuǎn)子葉片數(shù)為17，計算工況來自文獻“CAA計算管道消聲量研究報告”中的7個算例，由于第二個算例的工況為一階通過頻率分量截止工況，因此只計算其余6種工況。從()式中可以看出需要求解的特征方程在求解域內(nèi)不會有極點，一般情況所取的邊界上不會有零點。利用環(huán)繞積分方法求根過程中求根范圍的選取是很重要的。設(shè)是曲線C在映射下的象，則稱為曲線的回轉(zhuǎn)次數(shù)。但由于直接使用二階的NewtonRaphson法在求解復(fù)數(shù)高階模態(tài)過程中容易出現(xiàn)跳根的情況，而使用首先求硬壁特征值，再用四階的RungeKutta法求解軟壁特征值的方法，求解精度不容易保證，并且一階根很可能求解的不正確。但在公式驗證推導(dǎo)過程中發(fā)現(xiàn)根據(jù)以上的邊界條件推導(dǎo)出來的正確特征值求解公式應(yīng)該是:。但是若將端口反射忽略，則反射矩陣、及端口廣義矩陣向量為零，相當(dāng)于端口為無窮長無反射管道情況，則可方便地使用這種方法求解管道聲襯的消聲量，使用這種計算物理意義明確，十分快捷，作為一種近似設(shè)計的計算方法是十分有價值的。推導(dǎo)()就是要在()()中消去，求向量，在()和()式中兩邊乘模態(tài)向量，并積分，得到： () ()由()式得到： ()將()式代入()式，得到： ()令： () () () ()即得到()。 ()上式的物理含義是傳播上游端面反射方向的模態(tài)系數(shù)為，它是由下游端面反射模態(tài)通過傳遞矩陣傳播過來，并包括上游傳播方向模態(tài)的反射，其反射矩陣為。3）均勻流多段聲襯圓形管道聲傳播預(yù)測模型對多段管道聲傳播問題可以近似為：1)每段管道的聲場滿足無限長管道聲傳播的模態(tài)展開形式；2)各段交界面滿足聲壓和聲質(zhì)點速度連續(xù)條件；在()模態(tài)展開的基礎(chǔ)上，在有前傳和后傳聲波情況下。當(dāng)聲波用與前一種情況共軛的傳播因子來表示時，為保證波的正向傳播及在傳播方向是衰減的，仍需要滿足()，同時所有相應(yīng)的復(fù)參數(shù)將為上一種情況的共軛，即軟壁管道表面位移為： ()軟壁管道的行波擾動： () () () ()在這種情況下的導(dǎo)納是前一種情況的共軛。上式中除、及、外其余都為實數(shù)，因此，的共軛是以下超越方程的根。將()代入后，得到， ()這時引入無流動情況下的聲導(dǎo)納率， () ()由()式說明的正方向也規(guī)定在的正方向，即的正方向。常微分方程（）為整數(shù)階的貝賽爾方程，它的通解為第一類和第二類貝賽爾函數(shù)： （）園管時其解的形式中僅有第一類貝賽爾函數(shù)，即B＝0。在研究過程中發(fā)現(xiàn)呂亞東的文獻中對特征值方程的推導(dǎo)有一定的錯誤；程序只能在低周向模態(tài)數(shù)下運行，在高階周向模態(tài)數(shù)下運行出錯。第二章 管道消聲的模態(tài)匹配法優(yōu)化設(shè)計 前言隨著民用飛機的日趨普及，航空噪聲已成為一種重要的噪聲污染源，同時由于各國對軍機在聲隱身方面的要求越來越高，航空噪聲已經(jīng)引起人們的普遍關(guān)注，并且成為檢驗民用飛機適航性的重要指標(biāo)之一。2）水聲材料的聲管測量技術(shù)研究結(jié)合北航流體與聲學(xué)工程實驗室十五211工程建設(shè)項目完成了中低頻水聲聲管的設(shè)計和建設(shè)；為了設(shè)計均衡器測定了發(fā)射換能器的頻響曲線；調(diào)試了聲管配套設(shè)備的功能，如打壓系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、操作臺架等的使用；進行了連續(xù)聲測量功能的基本調(diào)試；進行了實驗數(shù)據(jù)的分析；初步驗證了設(shè)備的功能。1）風(fēng)扇管道消聲設(shè)計以呂亞東開發(fā)的模態(tài)匹配法計算程序為基礎(chǔ)，更正了呂亞東文獻中特征值求解公式推導(dǎo)過程中的錯誤；使用環(huán)繞積分方法取代原程序中NewtonRaphson方法計算特征值，避免了特征值跳躍問題，使其能用于高階周向模態(tài)的計算。當(dāng)前的測量系統(tǒng)往往是以計算機為核心，利用各種控制，分析軟件以及A/D轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)采集卡和儀表的數(shù)字控制功能，完成對模擬聲信號的離散化采集，數(shù)字化分析，并自動進行數(shù)據(jù)存儲和輸出，形成所謂虛擬儀器系統(tǒng)。傳統(tǒng)的測量系統(tǒng)已經(jīng)跟不上現(xiàn)代實驗發(fā)展的步伐，目前的水聲實驗基本上都是依靠自動化的測量設(shè)備來完成的。隨著Chung和Blaser在理論和實驗兩個方面把傳遞函數(shù)法用于管道內(nèi)的聲場測量[8]，從而計算出管端材料的聲學(xué)性能。而這兩項指標(biāo)，也可以由復(fù)反射系數(shù)和透射系數(shù)計算得到[6]。目前西歐和美國的一些水聲吸聲材料已經(jīng)基本定型，作為商品出售，其都是橡膠制品[5]。 水聲聲管實驗研究的發(fā)展歷史水聲學(xué)的迅速發(fā)展需要性能良好的大量水聲設(shè)備和材料。水聲材料的聲學(xué)性能測量一般可以應(yīng)用聲管和自由場水域（包括消聲水池）。對付聲納，潛艇可用敷設(shè)吸聲材料等手段達到隱身效果。因此世界各主要海軍國家都把潛艇力量放在十分重要的位置，對其發(fā)展做了相當(dāng)大的投入。因此可以預(yù)見，水聲學(xué)的發(fā)展將面臨更強大的需求牽引，從而獲得更深、更廣的進展。它主要研究聲波在水下的產(chǎn)生、輻射、傳播和接收的理論。隨著計算機技術(shù)和數(shù)值技術(shù)的發(fā)展九十年代基于邊界元和有限元方法的管道聲學(xué)數(shù)值方法得到發(fā)展，這些方法都是在線性聲學(xué)范圍內(nèi)基于求解帶有管道流動的對流波動方程的定解問題，適用于更廣泛的管道邊界形狀和邊界條件；使用有限元和邊界元方不再需要求解管口反射系數(shù)，因為它們將管道內(nèi)的聲場與輻射場同時進行求解。然而，模態(tài)匹配方法有它自身難以克服的缺點。由于當(dāng)時的計算機運算能力以及對問題本身理解的限制，設(shè)計消聲短艙的聲學(xué)模型是相當(dāng)粗糙的。上個世紀(jì)60年代中期至70年代中期由于渦輪風(fēng)扇發(fā)動機開始在民用飛機上的廣泛應(yīng)用，國外開始研究和發(fā)展航空發(fā)動機聲襯聲學(xué)設(shè)計技術(shù)。第一次、第二次實驗都是使用了有機玻璃機匣的聲襯，這兩次試驗都是在中航總的“民機噪聲與聲疲勞研究”系統(tǒng)工程項目支持下完成的；第三次實驗是九五期間在國防科工委“膠接蜂窩夾層結(jié)構(gòu)制造工藝研究”項目支持下進行的，使用了航空工程產(chǎn)品使用的鋁膠接蜂窩夾層材料制造；第四次實驗是在640所的民機預(yù)研項目支持下進行的。 但這種有組織和一定規(guī)模的研究項目隨著國家民用飛機發(fā)展計劃不斷改變而隨之消失。這種方法針對噪聲產(chǎn)生的機理進行研究，目的性強，效果也顯著，但是要達到模擬風(fēng)扇/壓氣機真實工作條件的預(yù)測模型是非常困難的，模型求解的計算量也很大，因此目前降低聲源的噪聲是有限的。其中風(fēng)扇/壓氣機噪聲和排氣噪聲在發(fā)動機總噪聲級中占有突出的比例。關(guān)鍵詞：模態(tài)匹配，環(huán)繞積分，優(yōu)化設(shè)計，聲管，傳遞函數(shù)法，脈沖法Title of Thesis: The Noise Elimination design in Fantube and the Research of Watertube ExperimentationSpeciality Major: engineering of underwater acousticsDate of Graduate: Mar,2005Author: WANG YiSupervisor: WANG TongqingABSTRACTThe thesis includes two parts: a study on noise suppression of ducted fan in aeroacoustics and the research of instrumentation technology in underwater acoustic tube.It is one of the major method in merce airplane at this day to eliminate the noise in ducted fan with the anechoic liner, so it is very important to optimize the design of anechoic liner. Modematching method is a convenient calculation method, which developed in eighty years last century and widely used. BUAA has developed a program of modematching method with the support of “research on civil aviation noise control and acoustic fatigue” project. But it has not validated in detail because of no outlay support. Based on the project of APTD, the present work has improved and validated the program and has used it in optimize liner design in a two type of ducted fan.In hydroacoustics experimentation, many acoustic characteristic of acoustic material in water can be calculated by plex reflectance and plex penetrate coefficient. Underwater acoustic tube is widely used in the measurement of plex reflectance and plex penetrate coefficient, for the easement could be easily controlled and in low cost. The thesis involves the following works: The construction of underwater acoustic tubes, its operating frequency is from 500Hz to 15kHz. The equipment includes a water tube and its accessories, the data acquisition and signal processing system. A basic underwater acoustic measurement and data acquisition system have been developed, and through the experiment the preliminary experience about underwater acoustic instrumentation was obtained.Keywords: modematching method，winding number integral method，optimize design， waterfilled tubes，transfer function method，pulsetube method 2第一章 引言 1 風(fēng)扇管道消聲計算的工程背景 1 風(fēng)扇管道消聲計算的發(fā)展歷史 2 水聲聲管實驗研究的工程背景 3 水聲聲管實驗研究的發(fā)展歷史 4 本文工作簡介 5第二章 管道消聲的模態(tài)匹配法優(yōu)化設(shè)計 7 前言 7 物理模型及計算方法 7 程序的完善與改進 17 程序的驗證與校核 19 19 21 23 優(yōu)化設(shè)計 232．4．1考慮阻抗變化的優(yōu)化設(shè)計 242．4．2結(jié)合聲襯結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計 30 小結(jié) 44第三章 水聲聲管的測量和實驗技術(shù) 45 工程背景 45 水聲聲管測量的基礎(chǔ) 45 測量方法 46 46 48 測量中需注意的問題 50第四章 水聲聲管的的建設(shè)和研究 53 水聲聲管的建設(shè)和研究 53 58 59 63第五章 雙水聽器傳遞函數(shù)法實驗研究 65 平面波垂直入射時的反射和透射 65 空氣軟背襯測量 66 吸聲橡膠尖劈測量 70 小結(jié) 72結(jié)論 74附錄A：推廣的特征函數(shù)正交理論 75參考文獻 81碩士期間被錄用的論文 84致謝 85第一章 引言 風(fēng)扇管道消聲計算的工程背景隨著民用飛機的日趨普