仿生降噪膜片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種仿生降噪膜片。該仿生降噪膜片包括：下層膜片，由柔性材料制備，其上表面具有微支柱陣列；以及上層膜片，由柔性材料制備，固定于微支柱陣列中各微支柱的上方，其表面形成有通孔，上層膜片和下層膜片之間形成空腔，該空腔的高度介于10μm～1mm之間。本發(fā)明仿生降噪膜片可以貼在不規(guī)則的物體表面，可以有效降低其在高速運(yùn)動(dòng)過程中的空氣動(dòng)力性噪聲。
【專利說明】仿生降噪膜片

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及流體力學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種仿生降噪膜片。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，汽車保有量迅速增加，車輛噪聲污染日益嚴(yán) 重。車輛噪聲由多種噪聲源產(chǎn)生，歸結(jié)起來主要有發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲、進(jìn)排氣噪聲、傳動(dòng)系噪聲、輪 胎噪聲以及氣動(dòng)噪聲。隨著車輛技術(shù)的發(fā)展，車輛噪聲控制在不同時(shí)期研究重點(diǎn)亦不同。在 車輛噪聲控制的初期，由于車速不高以及設(shè)計(jì)制造水平較低，發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲、排氣噪聲和傳動(dòng) 系噪聲是主要的噪聲源。經(jīng)工程師們的不斷努力，這些噪聲首先得到了有效控制。之后，車 速逐步提高，輪胎噪聲凸顯出來，成為了研究的重點(diǎn)。又經(jīng)過工程師們的多年努力，對(duì)輪胎 噪聲的控制也取得了較為滿意的成果。隨著上述噪聲逐步得到了有效的控制，以及車速的 進(jìn)一步提高，氣動(dòng)噪聲已成為高速車輛的主要噪聲源之一，并明顯地影響到車輛的總噪聲 值。
[0003] 航空事業(yè)也同樣取得了飛速的發(fā)展，尤其是最近二三十年間，飛機(jī)數(shù)量迅猛增加， 飛機(jī)的尺寸越來越大，聲音越來越吵，機(jī)場(chǎng)周邊的居民對(duì)飛機(jī)的噪聲越來越難以忍受。隨著 發(fā)動(dòng)機(jī)降噪技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲已經(jīng)與機(jī)體噪聲處于同一量級(jí)，甚至在飛 機(jī)降落過程中，機(jī)體噪聲已經(jīng)超過發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲，成為了主要的噪聲源。不僅如此，許多機(jī)場(chǎng) 都對(duì)航空運(yùn)輸每天所產(chǎn)生的噪音量有限制，如果可以減低噪音，那么就可以增加在這里起 飛和降落的航班數(shù)量，這對(duì)于這些機(jī)場(chǎng)來說是非常必需的。
[0004] 目前，現(xiàn)有技術(shù)亟需一種有效且成本低的控制噪聲的方法，以滿足上述場(chǎng)景的修 改。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] (一）要解決的技術(shù)問題
[0006] 鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種仿生降噪膜片，以減低高速運(yùn)動(dòng)物體所產(chǎn) 生的噪聲。
[0007] (二）技術(shù)方案
[0008] 本發(fā)明仿生降噪膜片包括：下層膜片，由柔性材料制備，其上表面具有微支柱陣 列；以及上層膜片，由柔性材料制備，固定于微支柱陣列中各微支柱的上方，其表面形成有 通孔，上層膜片和下層膜片之間形成空腔，該空腔的高度介于1〇μπι?1_之間。
[0009] (三）有益效果
[0010] 本發(fā)明仿生降噪膜片可以貼在不規(guī)則的物體表面，如高速車輛和飛機(jī)表面，可以 有效降低其高速運(yùn)動(dòng)過程中的空氣動(dòng)力性噪聲。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例仿生降噪膜片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012] 圖2為圖1所示仿生降噪膜片中下層膜片的示意圖；
[0013] 圖3為圖1所示仿生降噪膜片中上層膜片的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部 分都使用相同的圖號(hào)。附圖中未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，為所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中普通技術(shù)人員 所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無需確切等 于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。實(shí)施例中提到的 方向用語，例如"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的 方向用語是用來說明并非用來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0015] 貓頭鷹是鸮類的俗稱，是鳥類中著名的捕鼠專家。它在飛行過程中幾乎無聲音產(chǎn) 生，使聽覺十分靈敏的鼠類對(duì)它防不勝防，因而被譽(yù)為自然界夜間的"隱形飛行器"。根據(jù)對(duì) 長(zhǎng)耳鸮（鸮類中的一種）的研究（孫少明，任露泉，徐成宇，《長(zhǎng)耳鸮皮膚和覆羽耦合吸聲降 噪特性研究》，發(fā)表于《噪聲與振動(dòng)控制》），長(zhǎng)耳鸮皮膚明顯可分為三層，即表皮層、真皮層、 皮下組織層。長(zhǎng)耳鸮皮膚表皮層很薄且覆有一層類似蠟質(zhì)的物質(zhì)，真皮層組織疏松，交錯(cuò)分 布，有許多微管狀小孔，放大225倍觀察到長(zhǎng)耳鸮皮膚真皮層與皮下組織之間有薄空腔存 在，空腔平均寬度為50微米。長(zhǎng)耳鸮的覆羽層柔軟蓬松，單根羽毛上羽枝沿羽軸相互松散 扣覆，羽毛間存在較均勻的空氣間隙。其覆羽和皮膚表面之間分布有很密實(shí)的絨毛，單根絨 毛直徑約40微米。長(zhǎng)耳鸮皮膚的毛孔和皮下空腔結(jié)構(gòu)共同形成了獨(dú)特的耦合吸聲降噪結(jié) 構(gòu)。
[0016] 仿照長(zhǎng)耳鸮的獨(dú)特皮下空腔與柔性皮膚組合而成的耦合吸聲降噪結(jié)構(gòu)，本發(fā)明提 出了一種仿生降噪膜片，可用于降低在空氣介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)的物體產(chǎn)生的氣動(dòng)噪聲。
[0017] 在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，提供了一種仿生降噪膜片。圖1為根據(jù)本發(fā)明 實(shí)施例仿生降噪膜片的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本實(shí)施例仿生降噪膜片包括：下層膜片， 由柔性材料制備，其上表面具有微支柱陣列；上層膜片，由柔性材料制備，固定于微支柱陣 列中各微支柱的上方，其表面形成有通孔，該通孔的直徑介于l〇ym?1mm之間，上層膜片 和下層膜片之間形成空腔，該空腔的高度介于l〇ym?1mm之間。
[0018] 以下對(duì)本實(shí)施例仿生降噪膜片進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0019] 就整體而言，該仿生降噪膜片的尺寸可大可小，視應(yīng)用場(chǎng)景而定。對(duì)于計(jì)算機(jī)配件 中需要降噪的場(chǎng)景，該仿生降噪膜片的尺寸可以為幾平方厘米。而對(duì)于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用 場(chǎng)景，該仿生降噪膜片的尺寸可以延伸至幾十平方米。因此，本發(fā)明并不對(duì)仿生降噪膜片的 整體尺寸進(jìn)行限制。
[0020] 上層膜片和下層膜片均由柔性材料制備，該柔性材料一般定義為楊氏模量小 于lOGPa的材料，例如：塑料、橡膠等材料。優(yōu)選地，上層膜片和下層膜片由聚酰亞胺或 PDMS (聚二甲基硅氧烷）材料制備。上層膜片和下層膜片的厚度均介于10 μ m?1mm之間。
[0021] 圖2為圖1所示仿生降噪膜片中下層膜片的示意圖。如圖2所示，下層膜片的微 小支柱陣列用于實(shí)現(xiàn)兩層膜片之間由于膜片的柔性而不易固定的空腔距離，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)兩 層膜片有效的支撐。該微柱支撐陣列無特殊要求，可以起到穩(wěn)定的支撐作用即可，但須盡量 細(xì)且稀疏，以便充分發(fā)揮空腔的作用。
[0022] 其中，微小支柱的高度，即由該微小支柱支撐而形成的空腔的高度為微米級(jí)，介于 10 μ m?1mm之間。其中，微小支柱可以是任何形狀的柱狀結(jié)構(gòu)，即其橫截面可以是圓形、橢 圓形、正方向、梯形等各種形狀。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中，微小支柱為圓柱，其橫截面為直 徑介于10 μ m?1mm之間的圓形。
[0023] 圖3為圖1所示仿生降噪膜片中上層膜片的示意圖。如圖3所示，上層膜片開孔 的尺寸為微米級(jí)，約從數(shù)十微米至數(shù)百微米。上層膜片開孔之間的距離也為微米級(jí)，約從數(shù) 十微米至數(shù)百微米。
[0024] 本實(shí)施例中，上層膜片通孔為圓形孔，但本發(fā)明并不以此為限，該通孔還可以為橢 圓形、矩形、正方形、梯形、三角形等各種形狀，均能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明，只要其橫向延展的尺寸 介于10 μ m?1謹(jǐn)之間即可。
[0025] 請(qǐng)參照?qǐng)D1，上層膜片和下層之間形成空腔，上層膜片提供降噪所需微孔，下層膜 片提供支撐空腔的微小支柱陣列。該仿生降噪膜片的下層膜片可以貼在不規(guī)則的物體表 面，如高速車輛和飛機(jī)表面，可以有效降低其運(yùn)動(dòng)過程中的空氣動(dòng)力性噪聲。
[0026] 以下給出本實(shí)施例仿生降噪膜片的各個(gè)參數(shù)。請(qǐng)參照?qǐng)D1、圖2和圖3, b為上層 膜片的孔間距，d為上層膜片的孔徑，D為空腔距離，t為膜片厚度。在b = 400 μ m，d = 100 μ m，t = 290 μ m，D = 50 μ m 的條件下，經(jīng)測(cè)量，在 5m/s，10m/s，15m/s，20m/s 的風(fēng)速下， 相對(duì)于光滑娃片，本發(fā)明分別將氣動(dòng)噪聲聲強(qiáng)級(jí)降低了 1. 9%，2. 4%，8. 0%，6. 4%。
[0027] 至此，已經(jīng)結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述。依據(jù)以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員 應(yīng)當(dāng)對(duì)本發(fā)明仿生降噪膜片有了清楚的認(rèn)識(shí)。
[0028] 此外，上述對(duì)各元件和方法的定義并不僅限于實(shí)施例中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、形 狀或方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單地更改或替換。
[0029] 綜上所述，本發(fā)明仿生降噪膜片可以貼在不規(guī)則的物體表面，如高速車輛和飛機(jī) 表面，可以有效降低其運(yùn)動(dòng)過程中的空氣動(dòng)力性噪聲。
[0030] 以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳 細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種仿生降噪膜片，其特征在于，包括： 下層膜片，由柔性材料制備，其上表面具有微支柱陣列；以及 上層膜片，由柔性材料制備，固定于微支柱陣列中各微支柱的上方，其表面形成有通 孔，上層膜片和下層膜片之間形成空腔，該空腔的高度介于10 μ m?1mm之間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生降噪膜片，其特征在于，所述上層膜片表面通孔的形狀 為圓形、橢圓形、矩形、正方形、梯形或三角形，其橫向延展的尺寸介于lOym?1mm之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的仿生降噪膜片，其特征在于，所述上層膜片表面通孔的形狀 為圓形，其直徑介于10 μ m?1mm之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生降噪膜片，其特征在于，所述上層膜片表面通孔之間的 間距介于10 μ m?1mm之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生降噪膜片，其特征在于，所述上層膜片和下層膜片的厚 度介于10 l·1 m?1mm之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生降噪膜片，其特征在于，所述下層膜片上表面微支柱陣 列中微支柱橫截面的形狀為圓形、橢圓形、矩形、正方形、梯形或三角形，其橫向延展的尺寸 介于10 μ m?1mm之間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的仿生降噪膜片，其特征在于，所述下層膜片上表面微支柱陣 列中微支柱橫截面的形狀為圓形，其直徑介于10 μ m?1mm之間。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的仿生降噪膜片，其特征在于，所述上層膜片和下 層膜片均由楊氏模量小于lOGPa的柔性材料制備。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的仿生降噪膜片，其特征在于，所述上層膜片和下層膜片均由 聚酰亞胺材料或聚二甲基硅氧烷材料制備。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的仿生降噪膜片，其特征在于，在使用狀態(tài)下，所 述下層膜片的下表面貼合于待降噪物體的表面。
【文檔編號(hào)】G10K11/16GK104064175SQ201410326529
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月10日
【發(fā)明者】趙湛, 杜利東, 吳少華, 平皓月, 方震 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所