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能源与动力工程学院声学团队首次提出了一种“气球状”声学共振单元
发布时间:2016-02-01        文/       图/
 

        北航新闻网2月1日电(通讯员 赵鑫)发展隔声量大、重量超轻的声学超材料对于各种声学工程,尤其是飞机噪声控制来讲,具有十分重要的意义。

        近年来,为了实现具有负等效参数的声学超材料,科学家在人工设计声学单元上开展了大量的研究。已有多种偶极子共振单元相继提出,由此可用多种方法来实现负质量密度。但是在负体积模量的实现方法上,则主要是以经典的Helmholtz共振器为原型,通过各种修改来设计单极子共振单元。

        最近由能源动力与工程学院声学团队提出的声学共振单元不同于Helmholtz共振器,无需用较重的刚性材料做成共振腔,而是由极轻的弹性球膜和封闭气腔构成,类似于气球或气泡。

图1 在波导管中测量以小气球为简易试样的软质声学共振单元

图2 理论和实验结果相吻合,显示在带隙频率处99%以上的入射声能量被极轻的“小气球”所阻隔

        研究中建立了由这种软质共振单元组成的声学超材料的理论模型。并以小气球为简易试样在波导管中进行了声学测量。理论预测和实验取得了一致的结果,证明这种软质共振单元可产生理想的亚波长单极子共振,从而使材料在等效宏观参数上表现为负的体积模量,在带隙频率处几乎能完全阻隔入射声波,而其重量像气球一样极轻。

        这项研究得到了国家973项目“大型客机主要气动噪声机理和先进控制方法研究”(2012CB720200)和国家2011先进航空发动机协同创新中心的专项资金支持,论文发表在Nature出版集团的学术期刊Scientific Reports(Nature子刊)上,作者为景晓东教授、孟杨博士生和孙晓峰教授。

        论文链接:http://www.nature.com/articles/srep16110