力学大会2015集运载整流罩降噪技术

兴（宇航系统工程：本文阐述了整流罩隔声降噪的重要性和基本原理，并介绍了国外、国：整流 降ThetechniqueforthePayloadFairingNoiseOUYANGXing,LIU(BeijingInstituteofAerospaceSystemsEngineering,Beijing:Thearticlepresentsthesignificanceandtherationaleandmethodandtheresearchofthepayloadfairingnoisecontrolinhomeandabroad.Thisprovidesmatterandideatothein-depthstudyforthepayloadfairingnoisecontrolin:payloadfairing,noise发出的强烈气流，其速度高达声方式被结构所接受。因为在超音速和最大动压阶段运载火箭有效载荷整流罩上的压力波动场最大，而且是宽频带、随机的，所以这类气动噪声环境特征的研性145dB根据统计，质量的40%起到的作用仅仅是为了使能够承受运载火箭能使、设备和整体结构产生破坏，特别是能电池板、天线在这样恶劣的级，不仅能够降低故障的概率，而且能够降低的质量，很显然，这对于二、整流罩内降噪对于气动噪声，传统的控制方法包括隔声、吸声结构、声屏障、等的使用，使声波的能量耗散掉、转换掉或是改波的方向。而对于结构振动和噪声，控制主要是改变系统的刚度或是质量，从而改变频率，使不需要的振动得到降低，比如使用隔音装置或是阻尼材料将振动源，从而消减噪声。典型的整流罩控制声防护模式见图1。图1整流罩控制声防护模三、整流罩常用声防护材吸声材料＋隔声层＋吸声材料＋迈拉面膜（见图2）图2复合防声毯材料有（其声防护效果逐次递增四、国外运载火箭整流罩声防护措国外整流罩通常综合采用如下声防护措施复合防声毯（吸声、隔声和阻尼等材料的复合分布式振动吸收器TITAN其，Cassini的动力源是三个RTGs（RadioisotopeThermoelectricLeRC开发并测试新的复合防声毯，目标是能使RTGs的噪声环境在200250Hz时衰减3dB。原有的大力神IV火箭的整流罩的复合防声毯在Hz或更高频率时降噪效果最好，因此有必要进行新的复合防声毯的设计。中并进行了吸声测试和TL(Blankettransmission有层。图3图4力（NR）为9dB，结果见图5；结构设计合理且布局合理的复合防声毯，50%的附加面积与100的附加面积降噪效果基本相当，结果见图6。图7为TITAN图5图6图7TITANDelta——附加降噪毯包层的噪声防护措施，在内径为m、长14.3m整流罩的鼻锥部及直筒段部采用了厚达114.3mm的降噪毯包层，在内径为4.572m、长m整流罩的鼻锥部及直筒段部也采用了厚达]图8DeltaⅣ4米直径复合材料整流罩1575-4PAF图9DeltaⅣ5米直径14.3复合材料整流罩包层示意图10DeltaⅣ5米直径19.1复合材料整流罩包层示意ATLAS4-M火箭整流罩噪声防护M火箭整流罩采用了声防护板（见图11）将声压级降至可接受的水平。图11ATLAS５-M火箭整流罩噪声防护图12ATLAS５-M五、国外运载火箭整流罩降噪分析及降噪材料ARIANE用氦气有效载荷部用氦气方式可改变封闭在有效载荷密封舱结构空腔内的气体特性，因隔声问题，但在窄带响应曲线中出现了较大的NR振荡现象。其振荡在有效载荷结构部件内壁安装吸声器（吸声器排列使用的方案，由于吸声器（SAA）增加了有效载荷密封舱结构表面内部吸把吸声器（SAA）和声防护结合起来，见图13，可以取得附加的高频NR效试验结果表明，当整流罩内壁上涂有涂层和吸声材料（采用同一单元）只为5dB外，大多数情况下为10dB左右。这种处理方法的优点是防止NR振荡图13SAA和声防护结合防护系统示意5结离法或在结构内壁上粘贴多孔并安装的吸声器——进行了结构－声学分析：Dornier主要采用有限元法边界元软件（BEM/RAYON-AXI）进行了计算。□图14ARIANE1/4采用dB，按试验和分析所做的假定来评价，这些结果是很好的；用氦气填充于圆（90％）的试验结果与分析结果有很好的相关性，这增强了他们用氦气方法进行全尺寸整流罩分析的信心；在圆柱的内表面安装有吸声器并加有多孔情况下5.2解决整流罩低频噪声的一种尝管试验、腔试验和半混响试验。在一个大的半混响室中，他们将这种复合隔 CoreFairing）另一半粘贴三聚胺平板，圆柱腔体罩上、下用一寸厚的吸声和中密度图15ChamberCoreFairing驻波管试验和腔试验结果显示，这种复合隔声毯对300显提升发生在250Hz～325Hz和475Hz频段范围内。他们把这种差异归因于不同的测试设备和粘贴方法。六、国内整流罩降噪技术研究进国内在有效载荷整流罩降噪方面的研究很少，运载火箭整流罩设计中 年，在强度环境进行了CZ-噪措施空罩状态下，中频段200Hz～500频隔声量，对中低频段结构模态的频率有较小的影响，不能显著影响其模态主要使用复合降噪材料和吸声器（吸声器）进行整流罩降噪。国内运载火箭HendersonB,GerhartC,LaneS,JensenE.Vibro-acousticlaunchprotectionexperimentVALPE.JAcoustSocAm2003;114(4):2384.Howard,CarlQ.ColinH.Hansen,AnthonyZander.Vibro-acousticnoisecontroltreatmentsforpayloadbaysoflaunchvehicles:Discretetofuzzysolutions.AppliedAcoustics66(2005)1235–1261Rao,nD.RecentApplicationsofViscoelasticDamforNoiseControlinAutosandCommercialAirnes.JournalofSoundandVibration,2003,262:457-474.Leo,DonaldJ.,EricH.Anderson.VibroacousticModelingofALaunchVehiclePayloadFairingforActiveAcousticControl.AIAA-98_2086.MaryD.Long,DouglasA.Came,C.MyronFullerMcDonnellDouglasAerospace＂AcousticBlanketEffectonPayloadFairingVibration＂LiloBradford,LockheedAstronautics/JeromeE.Manning,CambridgeCollaborative,Inc.＂AcousticBlanketEffectonPayloadAcousticEnvironment＂D.C.G.Eaton,StructuresandMechanismsDivision,DirectorateforTechnicalandOperationalSupport,ESTEC,Noordwijk,TheNetherlands＂AnOverviewofStructuralAcousticsandRelatedHigh-Frequency-VibrationActivities＂EricH.AndersonCSAEngineering,Inc./DonaldJ.LeoUniversityofToledo,OH＂VibroacousticModelingofalaunchVehiclePayloadFairingforActiveAcousticControl＂10Hughes,WilliamO.(LewisResearchCent);McNelis,AnneM.AcoustictestingoftheCassinispacecraftandTitanIVpayloadfairingPart1-introductionandtestconfiguration.Source:NASATechnicalMemorandum,n107474,Jul,1997,12pp.ISSN:0499-9320CODEN:NATMA411Hughes,WilliamO.(LewisResearchCent);McNelis,AnneM.AcoustictestingoftheCassinispacecraftandTitanIVpayloadfairing.Part2–Results.Source:NASATechnicalMemorandum,n107475,Jul,1997,10pp.ISSN:0499-9320CODEN:NATMA412＂DELTAⅣ nners13＂DELTAⅣPayload nnersGuideUpdate–April2002＂14B.TrocletM.DepuydtP.GonzalezAerospatialeLesMureaux《５运载火箭上面级气动噪声试验分析ARauschMFaustGWirths(DornierGmbH,D-Friedrichshaffen)MAHamdLMebarekHDefosse(STRACOS.A. AndrewD.Williams,ScottE.Franke,andBenjaminK.Henderson,Ph.D.Developm