本發明屬于旋翼飛行器涵道隔聲，具體是涉及基于局域共振壓電超結構殼體的一種旋翼飛行器壓電超結構涵道隔聲設計與調控方法。
背景技術：
1、在眾多低空飛行器類型當中，多旋翼飛行器憑借諸多優勢成為低空經濟發展進程中的首選飛行器。然而，伴隨著載人多旋翼飛行器不斷向更高水平發展，乘坐舒適性這一要素開始受到人們的重視。對于此類飛行器而言，保障其原有飛行效率不受影響的前提下，有效降低艙內噪聲，已然成為制約多旋翼飛行器進一步發展的關鍵瓶頸因素。除此之外，多旋翼飛行器在飛行過程中對地面產生的噪聲污染問題同樣不容小覷，這不僅關乎周邊居民的生活環境質量，也間接影響著低空經濟整體的可持續發展。由此可見，要想推動低空經濟實現高質量、可持續的發展，針對低空飛行器開展科學合理且行之有效的隔聲降噪設計工作顯得尤為重要。
2、局域共振壓電超結構殼體在隔聲方面具有智能可調控的優勢，并且經過相應驗證，尤其是在結構的某些關鍵頻率處，展現出較為顯著的隔聲效果。其次，通過改變電路參數的方式，對電路共振頻率可進行精準調控，從而進一步優化隔聲效果。此外，把壓電片貼附在涵道上這一方式不會對飛行器原有的結構造成破壞，并且附加質量小，契合工程領域對于結構輕質的嚴格要求，這為其在旋翼飛行器隔聲降噪方面的實際應用奠定堅實的基礎。
技術實現思路
1、本發明第一目的在于提供一種旋翼飛行器壓電超結構涵道隔聲設計方法，以解決旋翼飛行器噪聲污染等相關問題，設計出一種兼具輕質以及隔聲性能強的壓電超結構隔聲涵道，使其能夠滿足低空經濟可持續發展需求的旋翼飛行器。
2、本發明第二目的在于提供一種旋翼飛行器壓電超結構涵道隔聲調控方法，以解決傳統隔聲涵道無法調控隔聲性能的問題，使本發明提出的隔聲設計能夠滿足旋翼飛行器在不同工作環境下的需求。
3、為達到上述發明目的，本發明的具體技術方案如下：
4、本發明提供旋翼飛行器壓電超結構涵道隔聲設計方法，隔聲涵道安裝在旋翼飛行器上；壓電片周期布置在隔聲涵道上，構成壓電超結構，且每個壓電片與外接分流電路連接；電路用于調控壓電片的振動；貼附壓電片對質量影響較小，不會影響飛行器設計的輕質性；壓電片力-電耦合較強，對隔聲性能調控較好；通過壓電超結構涵道與外接電路的結合，實現輕質化與高效隔聲，具體包括以下組件：旋翼飛行器、隔聲涵道、周期性布置的壓電片、外接分流電路；
5、所述設計方法，具體包括以下步驟：
6、1）在旋翼飛行器的旋翼周邊合理設置隔聲涵道，所述隔聲涵道的形狀需滿足旋翼飛行器的空氣動力學性能要求；
7、2）將壓電片周期貼附于隔聲涵道內外表面；
8、3）將壓電片的兩個電極分別引出，其中一端電極與涵道本體相連接，且涵道本體與地端相連接；另一端電極與外部分流電路連接。
9、在步驟2）中，所述將壓電片周期貼附于隔聲涵道表面，周期性布置的壓電片其極化方向應沿涵道徑向，在外接分流電路作用下產生彎曲應變；所述壓電片采用銅粉與環氧樹脂雙組分導電膠與涵道緊密粘接在一起，保證連接的穩定性；相鄰壓電片的周向間距可為?50～100mm、軸向間距可為?80～150mm，覆蓋率?20%~50%；沿涵道長度方向分3~5列排布，軸向間距可為80~150mm；所述壓電片材料可采用pzt-5h壓電陶瓷，該材料具有較高的力電耦合系數和良好的穩定性，能夠保障其具備較強的調控隔聲能力，從而在更好地發揮對噪聲的控制作用，提升整體的隔聲效果；壓電片通過銅粉與環氧樹脂雙組分導電膠（銅粉占比30%）粘接于涵道表面，粘貼前用砂紙打磨涵道表面（粗糙度?ra1.6），無水乙醇清潔后涂膠，粘接厚度可為?0.1～0.3mm，固化壓力可為?0.2～0.5mpa，60℃溫箱固化12h。在涵道基體上周期性排布壓電片構成壓電超結構，核心是通過單胞周期性陣列形成可設計的整體結構：既借周期性匹配聲學超結構的波調控需求（如利用帶隙效應精準抑制特定頻段噪聲），又讓壓電片的周期性分布賦予結構統一的機電轉換特性，使整體兼具聲學超結構的波約束能力與壓電效應的能量轉換功能，實現對噪聲的高效控制。
10、在步驟3）中，所述分流電路可采用r-l-c共振電路，其中電容由壓電片自身電容提供，電阻取值可為10～1000ω，電感通過合成電路實現。
11、所述旋翼飛行器壓電超結構涵道，通過將共振式壓電分流電路引入到涵道的整體設計中，借助局域共振效應，提出具備低頻噪聲衰減特性的壓電超結構涵道隔聲設計方案。該設計方案的優勢在于，其局域共振頻率能夠便捷地通過電路進行調節，而且附加質量極小，加工過程相對容易，最為關鍵的是，不會對涵道基體結構造成任何破壞，確保整個結構的完整性和穩定性。
12、所述旋翼飛行器壓電超結構涵道處于工作狀態時，由于聲波在透射過程中會致使結構產生振動，而局域共振壓電超結構通過調節結構剛度的方式，對結構的振動情況加以調控，實現對聲波透射的有效控制，達到降低噪聲傳播的目的。
13、本發明還提供一種基于共振電路的壓電超結構涵道隔聲調控方法，其適用于上述壓電超結構隔聲涵道的設計，具體的，該調控方法是在上述設計方法的基礎上，利用局域共振原理進行調控，所述調控方法包括以下步驟：
14、1）構建r-l-c共振電路作為共振電路，其中電容c由壓電片提供，電感l通過合成電路實現，電阻r由電阻元件提供，以抑制電路信號幅值；所述合成電路包括：第一電阻r1，第二電阻r2，第三電阻r3，第四電阻r4，第一運算放大器、第二運算放大器，以及一個電容c1，其中r4是可變電阻；
15、2）針對涵道在不同頻率實現高效隔聲性能：通過調節合成電路中可變電阻r4的阻值，改變等效電感l，進而調控r-l-c共振電路的共振頻率；
16、3）針對不同半徑的涵道改善隔聲性能：針對涵道環頻率，調節共振頻率至涵道環頻率，利用局域共振效應提升環頻率處的聲傳遞損失；
17、4）針對壓電超結構涵道在固有頻率處的隔聲性能；針對涵道固有頻率，調節共振頻率至涵道固有頻率附近，通過壓電分流電路抑制涵道共振，提升固有頻率處的隔聲性能。
18、在步驟1）中，所述共振電路的共振頻率，其中表示壓電片的固有電容，l表示共振電路電感；通過改變電感值可以調控分流電路的共振頻率，相應地調控對應頻率的隔聲性能，達到調控涵道不同頻率處隔聲性能的目的。
19、在步驟2）中，為了調控涵道在不同頻率實現高效隔聲性能，采用合成電路實現可變電感，并且它可以實現大電感值，從而在低頻段改善隔聲性能，所述合成電路中第四電阻r4是可變電阻，以此調節等效電感l，等效電感與合成電路元件關系為：。
20、第四電阻r4的阻值調節范圍可為100~100kω，以保障電路的穩定性及可調性。
21、在步驟3）中，由于涵道在聲波作用下在環頻率處會產生環向振動，導致涵道在環頻率處的聲傳遞損失產生谷值，其中k是涵道的等效拉伸剛度，m是涵道的等效質量，r是涵道的半徑；針對不同半徑的涵道改善隔聲性能，通過調節電感，可以將電路共振頻率調節至涵道環頻率處，由于局域共振效應，增強涵道在該頻率處的隔聲性能，提升涵道的聲傳遞損失。
22、在步驟4）中，調控壓電超結構涵道在固有頻率處的隔聲性能；當入射聲波的頻率與涵道的固有頻率相等時，涵道由于共振會導致隔聲性能降低，通過調節電感，將電路共振頻率調節至涵道固有頻率附近，壓電分流電路可以抑制涵道的共振，進而提升涵道在固有頻率處隔聲性能。
23、優選地，在壓電超結構與涵道的結合方式上，所述旋翼飛行器涵道周期性貼附pzt壓電片，這種貼附方式對涵道所產生的附加質量較小。這一特點的優勢在于，它最大程度地降低了對旋翼飛行器原有性能的影響，使得在實現隔聲功能的同時，旋翼飛行器依然能夠保持良好的飛行性能、操控性能等，使其更契合實際飛行應用場景對于結構重量和穩定性的嚴格要求。
24、優選地，所述旋翼飛行器壓電超結構涵道在實際應用中展現出多方面價值。一方面，它能夠顯著降低飛行器旋翼對機艙內產生的噪聲，有效提升機艙內的乘坐舒適性，讓乘客免受嘈雜噪聲的干擾；另一方面，它還能夠切實減小飛行器對周圍環境造成的噪聲影響，符合當前綠色環保、低噪飛行的發展理念，有助于減少飛行器運行過程中的噪聲污染，提升飛行器在低空飛行場景下的社會接受度。
25、優選地，所述旋翼飛行器壓電超結構涵道具備出色的可調節性，能夠通過靈活改變外接分流電路參數的方式進行調諧操作。借助這一強大的功能，不僅可以增強壓電超結構在環頻率與固有頻率處的隔聲性能，進一步優化特定頻率范圍內的隔聲效果，而且還能夠針對旋翼在不同轉速下所產生的不同頻段噪聲進行精準控制。也就是說，無論飛行器處于何種飛行狀態、旋翼以何種轉速運轉產生不同頻率的噪聲，都能夠通過調整外接電路參數，實現對相應頻段噪聲的有效抑制，全方位、動態地提升飛行器在不同工況下的隔聲降噪效果，使其在復雜多變的實際飛行環境中始終保持良好的聲學性能。
26、綜上所述，本發明提出的技術方案，相較于現有技術而言，呈現出諸多的優勢。本發明以涵道結構為基體，進行隔聲設計與隔聲調控，具有普適性。本發明通過在旋翼飛行器的旋翼部位巧妙增添壓電超結構涵道，在實現高效隔聲的同時，其附加質量微小，可調節性強，能夠有效地隔離噪聲，為旋翼飛行器在低空經濟領域的高質量、可持續發展提供了有力的技術支撐，具備廣闊的應用前景以及顯著的實用價值，有望成為解決旋翼飛行器噪聲問題的有效技術手段。