仿猫头鹰可粘附柔性降噪膜片设计和制造

Reduce the noise is not only the urgent need of protect the environment, but also the problem must be solved for the saving energy and development of acoustic stealth military equipment. It has been a hot research topic for the national research institutes.This project design a bionic diaphragm with the silencing and sound-absorbing noise reduction capability through the mimic of owl mute flight phenomenon. . This project manufacture owl silencing multilayer fine structure with the SU8 thick rubber technology and PDMS manufacturing cavity acoustic structure. At the same time, it manufacture the gecko adhesion array, and finally through chemically bonded of SU8 layer and PDMS layer, we can get the noise reduction diaphragm. The diaphragm is soft and can be adhered on curl surfaces.. We use the acoustic wind tunnel, flow visualization and noise spectrum analysis technology to analysis the turbulence characteristics of the diaphragm . In particular the use of flow visualization technique can observe the turbulent boundary layer of the wing surface.. The spectral method is applied to slove the turbulent control equations using direct numerical simulation. This technology is applied to analysis drag reduction and noise reduction of the diaphragm. The structure and size of the diaphragm are optimized to increase the drag and noise reduction performance of the diaphragm.. For the pipe flow, the diaphragm is expected to 15% drag reduction rate and for the flow round a body, the diaphragm is expected to noise reduction of 5dB.

降低噪声既是保护环境的迫切需要，也是节能降耗、发展声隐形军事装备所必须解决的问题，一直是各国研究机构感兴趣的重要研究课题。本项目以猫头鹰静音飞行现象为出发点，猫头鹰羽毛降噪特征结构降噪性能为基础，设计出具有降噪性能的仿生膜片，并采用微细加工技术研制。采用SU8厚胶技术制造仿猫头鹰多层精细结构，PDMS制造空腔吸声结构，同时制造仿壁虎粘附阵列，最后化学键合SU8层和PDMS层，获得降噪膜片。膜片是柔性的，能粘附在各种曲面上。采用包括声学风洞、流场可视化、噪声频谱分析等技术，特别是采用流场可视化技术观察翅膀表面的湍流边界层在柔性表面的运动发展过程，分析湍流特性。采用谱方法对湍流控制方程进行直接数值模拟来对膜片进行减阻降噪理论分析，对减阻降噪结构和尺寸进行优化，提高膜片减阻降噪性能。对于管道流该膜片预计减阻率达15%以上，对于绕流场预计降噪5dB以上。

根据猫头鹰静音飞行现象，深入研究了猫头鹰羽毛结构，提取出与噪声有关的结构，进行实验和仿真研究，应用于微型无人机的旋翼和离心泵叶片的仿生降噪设计。.1、搭建了微旋翼气动与声学特性测试平台，对典型结构：绒毛覆盖，后缘锯齿，PDMS梳齿，翼型穿孔和前缘凸起进行实验，采用的旋翼型号是EP1047。实验结果如下旋翼线速度与猫头鹰飞行时翅膀速度相当，植绒具有降噪效果，下表面更佳，气动性能有所提高。锯齿改造后升力略有降低，噪声都有所降低，齿高是主要因素。后缘修饰PDMS梳齿结构，升力变化不大，噪声有一定程度下降。前缘凸起的机翼结构对降低声压级有效果。.2、微型无人机的机翼仿生气动性能仿真研究。对NACA 2412固定翼型进行了仿生非光滑表面减阻降噪研究：机翼的上、下表面布置非光滑的矩形状条纹结构，表明：下表面条纹结构改善机翼的气动性能，上表面条纹结构破坏机翼的气动性能。DJI1045微旋翼的气动性能仿真研究，最大的压力差出现靠近桨尖处，旋翼尾缘附近的结构对旋翼气动性能影响较大。前缘凸起仿生旋翼前缘处的波纹结构有效增加旋翼上表面负压，且增加负压的能力随着波峰到波谷逐渐增大，增大了旋翼升力；减小旋翼产生的气动噪声。后缘锯齿仿生结构对旋翼气动性能影响较小，但能够较大程度上降低旋翼的气动噪声。将两种仿生结构耦合，耦合仿生旋翼可以改善旋翼的气动性能和噪声特性。.3、离心泵叶片的仿生减阻降噪设计与仿真，D46-50X4 型多级离心泵在标准工况下叶轮流道以及导叶流道内，均存在着明显的漩涡堵塞。在叶片工作面添加仿生沟槽结构，仿真结果表明：叶轮流道中的大型漩涡已经消除，反导叶的流道内，漩涡量有了一定减少，但无法彻底消除,单级扬程提高了0.8m，单级效率提高了2.1%。表明仿生非光滑结构能够起到减阻增效的效果。