西门子复合材料与金属材料飞机壁板隔声特性研究.pdf
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复合材料与金属材料飞机壁板隔声特性研究
徐俊伟 胡莹 李晨曦 韩峰
（上海飞机设计研究院结构部舱内声学室，上海，201210）
摘要：随着材料及工艺的发展，复合材料的应用已逐渐成为飞机机体结构的重要发展方向。本文通过计算
飞机壁板的结构模态，建立声学有限元模型并使用声学有限元方法，计算了X850复合材料飞机壁板2400Hz
范围内的隔声特性曲线。同时为了对比复合材料壁板与传统金属壁板隔声水平的差异，计算了同尺寸铝合
金壁板的隔声特性曲线，并将两种计算结果进行了对比分析。复合材料与金属材料飞机壁板隔声特性的计
算结果可用于指导飞机隔音棉以及内饰的声学设计。
关键词：飞机壁板，隔声量，复合材料
1. 研究背景
随着复合材料技术的发展，越来越多的飞机采用复合材料作为机体主要结
构，例如波音787和空客A350，机体结构已大量采用复合材料来降低飞机自身的
重量，极大地提升了飞机的经济性，如图1所示为波音787客机机体结构复合材料
使用示意图（图片来源于新浪航空公开报道[1]）。复合材料由于密度低于铝合金
，同时平均刚度大于铝合金，从而导致复合材料壁板的隔声特性低于金属材料壁
板，因此在广泛应用复合材料作为机体结构设计的同时也给舱内隔声设计带来
了新的挑战。
图1 波音787客机机体复合材料应用
根据国外资料，在最影响舱内声学环境的200Hz至2000Hz频率范围内，与传
统的金属壁板相比，复合材料壁板隔声量大约低7dB，因此需要更多地关注隔音
棉及内饰的设计来补偿复合材料隔声量的差异。本文通过计算20Hz至2400Hz频
率范围内X850复合材料壁板和金属壁板隔声特性，对比发现两种材料飞机壁板
的隔声特性差异，从而用于指导舱内隔音棉及内饰声学设计。
2. 飞机壁板隔声量计算理论
飞机壁板的隔声量测试在实验室中通常采用混响室—
消声室方法进行测量，如图2所示左侧为混响室，右侧为消声室，飞机壁板试件
通过中间的窗进行固定。
图2 混响室—消声室方法测量隔声量
试验时，左侧混响室发出一定强度的混响声源，声音通过中间试件传播到
右侧消声室，从混响室通过试件入射的声功率计算公式为：
𝑊
𝑖
= 𝐼
𝑖,1
𝑆 =
𝑝
2
𝑟𝑚𝑠
4𝜌
0
𝑐
0
𝑆
其中 为入射声强， 为试件面积， 为混响室一侧测量得到的声压均
𝐼
𝑡,1
𝑆
𝑝
𝑟𝑚𝑠
方根值， 和 分别为空气介质的密度和声速。
𝜌
0
𝑐
0
在消声室同样可以计算得到通过试件的声功率 ，因此可以得到试
𝑊
𝑡
= 𝐼
𝑡,2
𝑆
件的透射系数 ，最终计算得到试件的隔声量为[2]：
𝜏 =
𝑊
𝑡
𝑊
𝑖
𝑇𝐿 = 10𝑙𝑔
1
𝜏
1
(𝑑𝐵)
本文中使用LMS
Virtual.Lab中的声学有限元方法，结合自动匹配边界层属性（AML）实现上述
混响室—
消声室方法建模，从而实现X850复合材料壁板和金属壁板隔声量的计算[3]。
3. 复合材料与金属材料飞机壁板计算模型
3.1飞机壁板结构有限元模型
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