申请/专利权人：浙江大学

申请日：2017-12-19

公开（公告）日：2024-03-19

公开（公告）号：CN108163190B

主分类号：B64U10/14

分类号：B64U10/14;B64U30/299;B64U30/29;B64U20/60

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.19#授权;2018.07.13#实质审查的生效;2018.06.15#公开

摘要：本发明公开了一种四旋翼飞行器隔音装置，主要包括连接臂部分和隔音罩部分。该隔音装置能够会吸收、反射旋翼产生的螺旋桨噪声。连接臂为铝材或塑料制品的轻质高强度结构。连接臂一端固定四分之一球型的隔音罩。隔音罩由三层材料组成，由内向外依次为玻璃棉、阻尼漆、以及铝板，通过选用适当的吸音材料，可以提升隔音罩对噪音的吸收能力。隔音罩距离旋翼一定距离，在减小对旋翼流场干扰的前提下降低噪声。

主权项：1.一种四旋翼飞行器隔音装置，其特征在于：包括4对隔音罩1和连接臂2，在每个四旋翼飞行器上安装螺旋桨的支架3末端分别通过水平的连接臂2固定一个隔音罩1，4个隔音罩1和4条连接臂2呈中心对称安装于四旋翼飞行器上；隔音罩1呈14球碗状，且隔音罩1的凹面朝向螺旋桨，隔音罩1的内表面位于螺旋桨的旋转范围之外；所述的隔音罩由三层材料组成，由内向外依次为玻璃棉、阻尼漆以及铝板；所述的隔音罩1的一条半圆弧呈水平，另一条半圆弧所在平面与所述的连接臂2和所述的支架3均垂直；所述的隔音罩1的内径R'为： 其中L1为螺旋桨旋转中心与飞行器机身中心之间的距离，L2为连接臂2的水平长度；D为螺旋桨的直径；隔音罩1的外径R为： 其中X为隔音罩1的厚度。

全文数据：四旋翼飞行器隔音装置技术领域[0001]本发明公开一种四旋翼飞行器的隔音装置，具体涉及加装在旋翼附近并且能够降低四旋翼飞行器整体噪声的隔音装置。背景技术[0002]现如今，无人机家族中的微型旋翼飞行器被广泛应用于搜救、摄影等，而快递行业也很可能是旋翼飞行器未来的发展方向。但是，噪音过大是现有旋翼飞行器普遍具有的问题，并且可能会影响到未来旋翼飞行器的发展。[0003]具体而言，无人机噪声主要由其电机噪声与螺桨噪声两部分构成。其中，电机噪声主要以电机轴承噪声为主;螺旋桨噪声可进一步区分为旋转噪声和宽带噪声。[0004]目前，针对电机机轴承噪声，常用的降噪方法是改进轴承设计，提高轴承室和轴的轴承档的加工精度，采用正确的轴承安装工艺等。[0005]而对于螺旋桨噪声，传统的方法有通过改变螺旋桨叶的长度、材料、数量、叶型来降低其叶尖速度或与空气的作用过程产生的噪声，而现在，主动降噪技术也可以在无人机领域得到运用，原理是由电子设备产生和噪声频谱中各分量相位相差180°的音频信号，这些音频信号在与原有的噪声信号叠加后产生相消，从而降低噪声强度。[0006]在对螺旋桨噪声的已有的研究中，有以下问题：[0007]1出于安全性、轻便程度的考虑，螺旋桨叶的材料一般限于尼龙、碳素纤维、玻璃纤维等。[0008]2对螺旋桨叶的长度、叶型等进行研究的话需要耗费大量的人力、物力、财力。[0009]3增加螺旋桨叶的数量会增加控制系统的设计难度。[0010]4主动降噪技术较复杂，同时成本高，设备质量较大，会降低四旋翼飞行器的负载能力。发明内容[0011]为了降低四旋翼飞行器的噪声，同时降低附加成本，本发明提出了一种新型的隔音装置，更加经济、实用。[0012]本发明采用的技术方案如下：[0013]四旋翼飞行器隔音装置，其包括4对隔音罩和连接臂，在每个四旋翼飞行器上安装螺旋桨的支架末端分别通过水平的连接臂固定一个隔音罩，4个隔音罩和4条连接臂呈中心对称安装于四旋翼飞行器上；隔音罩呈14球碗状，且隔音罩的凹面朝向螺旋桨，隔音罩的内表面位于螺旋桨的旋转范围之外。[0014]通过ANSYSFluent对四旋翼飞行器的流场进行仿真，由仿真结果可知，四旋翼飞行器旋翼附近流场的流线在靠近旋翼的地方比较集中，而距离螺旋桨较远时就比较稀疏。因此，为了对四旋翼飞行器的流场造成扰动，需要使隔音罩与螺旋桨保持一定距离。但与螺旋桨的距离过远，又会造成隔音效果变弱。因此，隔音罩的形状、尺寸是极为重要的。本发明中，隔音罩呈14球碗状，而且由吸声材料制成，当旋翼产生的螺旋桨噪声进入该区域时，部分被吸收，另外部分被反射至机体上方的空间中。[0015]作为优选，所述的隔音罩由三层材料组成，由内向外依次为玻璃棉、阻尼漆以及铝板。该材料组合对低频噪声和中高频噪声均具有一定的吸声效果。[0016]进一步的，所述的隔音罩中，玻璃棉、阻尼漆以及铝板的厚度依次为50mm、Imm和2mm〇[0017]作为优选，所述的隔音罩的一条半圆弧呈水平，另一条半圆弧所在平面与所述的连接臂和所述的支架均垂直;隔音罩的内径R’为：[0019]其中1^为螺旋桨旋转中心与飞行器机身中心之间的距离，1^为连接臂的水平长度；D为螺旋桨的直径；[0020]隔首卓的外径R为：[0022]其中X为隔音罩的厚度。[0023]本发明中14球碗状的隔音罩，由于其内表面也呈现圆弧形，因此在该状态和参数下，螺旋桨旋转时，桨叶与隔音罩内表面的间距保持不变，当调控好两者间的距离时能够最大限度减少对流场的扰动，并满足对噪声控制的要求。[0024]作为优选，所述的连接臂采用轻质高强材料，以便降低整体重量，避免对机体造成额外的载重。[0025]进一步的，所述的连接臂采用铝材或工程塑料。[0026]本发明将隔音装置主要分为两部分，一部分是连接臂，主要起支撑作用，并固定在机身上，其重量尽量保持较轻的状态。另一部分是隔音罩部分，安置在连接臂一端，用来对旋翼产生的噪声进行部分隔离。该隔音装置可以在不改变机体本身结构的状况下，以外部加装的形式连接至机体上，能够在保证减少对流场、运动造成影响的前提下，对四旋翼飞行器的噪音进行削减。附图说明[0027]图1为本干的四旋翼飞行器隔音装置加装与机体上的示意图；[0028]图2是隔音装置部分的放大示意图；[0029]图3为相似三角形示意图；[0030]图4为安装隔音装置前后的频谱图。[0031]图中：隔音罩1、连接臂2、支架3。具体实施方式[0032]下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。[0033]如图1所示，本实施例中的四旋翼飞行器隔音装置，可以用来降低四旋翼飞行器产生的噪声。隔音装置包括4个隔音罩1和4条连接臂2。四旋翼飞行器本体上具有四条十字交叉的支架3,支架3末端安装有螺旋桨和电机，是飞行器噪音的主要来源。在每条支架3末端分别通过水平的连接臂2固定一个隔音罩1，连接臂2轴线与支架3轴线同轴，相当于支架3的延伸段。连接臂2采用铝材或工程塑料制品等轻质高强度材料制成。4个隔音罩1和4条连接臂2呈中心对称安装于四旋翼飞行器上，以保证原有的平衡。隔音罩1呈14球碗状，且隔音罩1的凹面朝向螺旋桨。为了保证螺旋桨旋转时不会碰到隔音罩1，需保证隔音罩1的内表面位于螺旋桨的旋转范围之外。隔音罩1与螺旋桨之间的最佳间距最好通过多次试验进行确定。[0034]隔音罩1由三层材料组成，由内向外依次为玻璃棉、阻尼漆以及铝板。如图2所示，隔音罩1下方固定在连接臂2的外端部。隔音罩1一共有两条相接的半圆弧，为了保证螺旋桨旋转过程中与罩体内壁的间距稳定，需保持隔音罩1的一条半圆弧呈水平状态，另一条半圆弧所在平面与连接臂2和支架3的轴线均垂直。且在设计中采用相似三角形原理对球碗的参数进行设计，假设螺旋桨的直径为D，螺旋桨旋转中心与飞行器机身中心之间的距离L1，连接臂2的水平长度为L2需扣除与支架、隔音罩重合部分长度），隔音罩的内表面所对应的球体的半径，即隔音罩1的内径为R’，则可得到原理图如图3所示：[0035]隔音罩1的球碗内径R’为：[0037]隔音罩1的球碗外径R为：[0039]其中X为隔音罩1的厚度。[0040]该参数下，既能够保持隔音罩1不会对螺旋桨造成不稳定扰动，也能够在最大范围对桨叶的噪声进行消除。[0041]另外，通过选用适当的吸音材料，可以提升隔音罩对噪音的吸收能力。本实施例中，隔音罩1由三层材料组成，由内向外依次为由内向外依次是5cm厚度的容重为16kgm3的玻璃棉、Imm厚度的阻尼漆以及2mm厚度的铝板，其对低频噪声和中高频噪声均具有良好的吸声作用。隔音罩距离旋翼一定距离，在减小对旋翼流场干扰的前提下降低噪声。[0042]在一架四旋翼飞行器上对本发明进行了实现并且对降噪效果进行了测试，以下为详细的实验参数：[0043]四旋翼飞行器机架为F450机架，材料为尼龙纤维，对角电机轴距为450mm，所以螺旋桨中心与机身中心之间的直线距离1^为225111111。选用的螺旋桨为1045MR玻璃纤维增强尼龙桨，直径为10英寸，所以单位换算后，螺旋桨直径D为254mm。[0044]在设计中，确定的连接臂2的长度LsSlOmm。所以，根据。得到隔音罩的最外层一一铝板所对应的球体的半径R为186mm。在隔音材料方面，选用的隔音棉厚度为5cm，涂覆阻尼漆的厚度为1mm，而铝板厚度为2mm。[0045]隔音装置制作完成后进行测试，测试条件是使四旋翼飞行器保持空中悬浮状态，然后在飞行器下方对噪声进行记录并且进行后期的数据处理一一频谱分析。如图4所示，图中白色部分为未安装隔音装置的噪声频谱，而下方黑色部分为安装隔音装置的噪声频谱。通过分析频谱分析得到的频谱图发现，在低频段（1000HZ噪声分量的幅值相较于未安装隔音装置的情况有明细降低，特别是400HZ以下部分降噪更为明细;其余的中高频段也具有一定的降噪效果。而且由于该隔音装置位于螺旋桨的流场流线稀疏处，且球碗的下方较小，上方较大，因此不会影响本身的空气动力学性能。经过隔音罩的吸声和反射，其下方的噪音被大大削减。[0046]以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的保护范围之中。

权利要求：1.一种四旋翼飞行器隔音装置，其特征在于:包括4对隔音罩（1和连接臂（2，在每个四旋翼飞行器上安装螺旋桨的支架（3末端分别通过水平的连接臂（2固定一个隔音罩1，4个隔音罩⑴和4条连接臂⑵呈中心对称安装于四旋翼飞行器上；隔音罩⑴呈14球碗状，且隔音罩1的凹面朝向螺旋桨，隔音罩1的内表面位于螺旋桨的旋转范围之外。2.如权利要求1所述的四旋翼飞行器隔音装置，其特征在于:所述的隔音罩由三层材料组成，由内向外依次为玻璃棉、阻尼漆以及铝板。3.如权利要求1所述的四旋翼飞行器隔音装置，其特征在于:所述的隔音罩（1的一条半圆弧呈水平，另一条半圆弧所在平面与所述的连接臂（2和所述的支架3均垂直;所述的隔音罩⑴的内径R’为：其中L1S螺旋桨旋转中心与飞行器机身中心之间的距离，L2S连接臂2的水平长度;D为螺旋桨的直径；隔首卓⑴的外径R为：其中X为隔音罩⑴的厚度。4.如权利要求2所述的四旋翼飞行器隔音装置，其特征在于:所述的隔音罩（1中，玻璃棉、阻尼漆以及错板的厚度依次为50mm、Imm和2_。5.如权利要求1所述的四旋翼飞行器隔音装置，其特征在于:所述的连接臂（2采用轻质高强材料。6.如权利要求5所述的四旋翼飞行器隔音装置，其特征在于：所述的连接臂（2采用铝材或工程塑料。

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