环保约束阻尼作用于飞机蒙皮的补强减振应用发布日期：2020-08-08
现代航海、航空和航天事业的迅速发展，使舰艇和飞行器系统的功率及迎度都极大的提高，从而引起强烈地宽带随机振动和噪声。这些宽带震源将会激发起舰艇、飞行器结构及其电子设备的多峰谐振.使它们所遇到的振动问题变得愈加复杂，这是因为谐振响应所产生的结构疲劳破坏和由于受到过大的振动加速度而使电子设备失效的现象也愈加严页。这些问题若得不到妥善解决，轻者影响电子设备的工作性能，缩短疲劳寿命；重者还会引起严重故障，甚至造成失败。
早在上世纪50年代初，国外在航空航天工程中就开始采用以粘弹性材料为蕊层的复合组阻尼结构进行减振和降噪。60多年来国外在其理论和实践上都作了大量工作，并广泛运用于各种低噪声产品设计以及环境污染治理和劳动保护工程中。在上世纪70年代中期，国内也开始这项技术的研究和实践，其在减振降噪中的作用和潜力引起了各工业企业、环境保护部门以及有关设计、运营部门的重视，并获得迅速发展和广泛应用。
一、阻尼减振降噪原理
阻尼是指耗损振动能量的能力,就是将机械振动和声振的能量，转变成热能或其它可耗损的能量，从而达到减振及降噪的目的，一般常见的金属材料，如钢、铝、铜等，其固有阻尼都很小，因此，常用外加阻尼材料的方法来增大其阻尼，使沿结构传递的振动能量迅速衰减。阻尼材料是具有内损耗、内摩控的材料，应用最多的是环保粘弹材料，包括塑料和橡胶两类，还有沥青类为基材的非环保阻尼材料。
采取阻尼措施之所以能够降噪,是由于阻尼能减弱金属构件弯曲振动强度。当金属构件弯曲振动时，振动能量迅速传给涂贴在其上的阻尼材料，引起阻尼材料内部摩擦和相互错动，使振动能量有相当一部分变成热能而损耗掉，从而降低弯曲振动所辐射的噪声能量。另外，阻尼可缩短金属构件被激励的振动时间，相当于减少了金属构件辐射噪声的总能量，达到控制噪声的目的。
金属钣金上贴上阻尼片起到减震降噪的目的
二、约束阻尼作用于飞机蒙皮的补强降噪性能
耐高温阻燃环保阻尼技术在航空航天等工业中的应用日益增多, 应用十分成功，大型航天器稳定问题和发动机振动、噪声控制和飞机舱内噪声控制有关的问题都是耐高温阻尼技术的用武之地。针对特殊情况下飞机座舱内部振动噪声过大的情况,飞机舱内声学环境日益受到航空公司和飞机制造商的重视，如何降低舱内噪声，提高飞机乘坐舒适性成为飞机研究的热点问题之一。
飞机舱内噪声主要来源于结构声和空气声两方面，在飞机舱内噪声控制上，通过铺设隔热隔音阻燃阻尼等隔声降噪材料，改善机身气密性等方法可以有效地隔离中高频空气噪声，发动机振动引发机体结构振动产生的中低频噪声在结构中随距离衰减的程度较小，难以抑制。尤其对于飞机设计来说，重量和空间都受到严格的控制，中低频噪声一直是飞机舱内噪声控制的难题，采用约束阻尼作用于发动机的蒙皮等金属部位可以有效降噪和减震。
江苏汉龙航空科技发展有限公司的阻尼补强产品使用丁基橡胶复合金属铝箔的方式组成减震胶材料就属于这种阻尼减震的范畴，丁基橡胶具备的高阻尼性，使它成为减弱振动波的阻尼层，一般蒙皮钣金材质较薄，高速飞行、颠簸时极易产生振动，在经过减震阻尼胶的减震过滤后，波形改变并削弱，达到了削减噪音的目的，是一种应用广泛、高效的隔音降噪减震绿色环保材料。
约束性阻尼采用铝箔或者玻纤布等将阻尼块约束固定在金属表面起到减震降噪效能，约束阻尼结构可分为三层、五层或多层形式，也可分为对称与不对称二种结构，其理论分析相当复杂。但由于减震种类众多，经过汉龙航空测试试验多层形式的阻尼性能优于单层形式的阻尼性能。
民用飞机在飞行过程中，机身蒙皮受激震动，会导致客舱内噪声过大，引发乘客的不适。因此，必须要进行减振降噪设计。
粘弹阻尼减振技术被广泛用于结构动力学控制、减振降噪等场合。其得到广泛使用的一个原因是粘弹性阻尼材料在较宽的温度和频率范围内都具有良好的阻尼能力，对结构进行附加阻尼处理能有效地增强结构的振动能耗散能力叫传统的阻尼减振方 式包括自由阻尼层处理和约束阻尼层处理，它们都需在原结构上附加一层或多层阻尼材料。其中，附加的阻尼层只完成阻尼耗散功能，结构的载荷仍需要由基体结构来承担。
自由阻尼结构是将一层具有大阻尼的材料直接粘附在需要作减振降噪处理的结构件上。机械振动时,阻尼层随结构件作弯曲振动，阻尼材料产生交变的拉压应力和应变，使结构的振动能量得到损耗而达到减振降噪目的，如图1(a)所示。而约束阻尼结构，则在自由阻尼的基础上，再附加一层金属层，利用金属与阻尼材料之间的弹性模量差，通过剪切变形耗能，如图1(b)所示：
约束阻尼结构处理因增加阻尼而起到减振降噪作用；同时，阻尼层降低薄壳结构的声辐射率,对某些封闭或半封闭结构，阻尼层还具有隔声作用,都有利于控制噪声。
民航飞机的机舱内声学环境日益受到航空公司和飞机制造商的重视，如何降低舱内噪声，提高飞机乘坐舒适性已经成为飞机研究的热点问题之一。飞机舱内噪声主要来源于结构声和空气声两方面，在飞机舱内噪声控制上，通过铺设隔热隔音棉等隔声吸声材料，改善机身气密性等方法可以有效地隔离中高频空气噪声，而由发动机振动引发机体结构振动产生的中低频噪声在结构中随距离衰减的程度较小，难以抑制。尤其对于飞机设计来说，重量和空间都受到严格的控制，中低频噪声一直是飞机舱内噪声控制的难题。
约束性航空专用耐高低温阻尼
采用约束阻尼材料对薄壁类结构进行阻尼处理是实现减振降噪十分有效的措施，在振动发声的薄板上敷设约束阻尼层，通过抑制其弯曲振动的幅度，从而降低辐射噪声。约束阻尼层在汽车、地铁和船舶等行业有广泛研究与应用，而在飞机上的应用研究则较少。目前，通常采用约束阻尼层的剪切模量和损耗因子等力学特性来评估材料的阻尼性能，国内外学者对阻尼材料的力学特性做了大量研究，主要方法为解析法和数值法。但是剪切模量和损耗因子不能直接有效地评估阻尼材料在实际应用中可获得的降噪的效果。通过一系列对飞机壁板隔声试验来检验约束阻尼层降噪能力，并通过“隔音能力”这一指标比较分析了三种不同面密度的飞机常用约束阻尼层的降噪性能，可以方便地评估约束阻尼层实际应用的效果及其付出的重量数值。
对于使用者而言，往往更关心阻尼材料应用后的实际降噪效果，基于某型号飞机的壁板试验件，采用隔声试验测试了不同面密度的约束阻尼层敷贴于飞机壁板上的隔声量，以分析评估约束阻尼层的降噪性能。由于飞机的基础降噪构型为飞机蒙皮和隔音棉。
由于飞机性能对重量十分敏感，在飞机设计等领域使用约束阻尼层进行降噪处理时，必须考虑重量的代价。考虑重量因素后，综合比较约束阻尼层的降噪效果。
