三聚氰胺泡沫用于降低火箭整流罩的声学噪声

发射塔上的“淋浴系统”。

火箭发射时,通常会发出近200分贝的噪音,有时甚至高达220分贝。这种噪音的致命性不容小觑,如果不加以控制,很可能会损害我们的身体、发射平台、周围的建筑物等等。

 

因此,在火箭发射时就要痛痛快快地“淋一次冷水澡”,这样不仅可以为我们降温,还可以为火箭降低噪音。

 

北京航天发射技术研究所火箭研究院设计了一种冷却降噪“淋浴系统”——大流量水喷雾冷却降噪系统。

 

这套系统分为两级,一级在发射平台层,火箭发动机点火后,会给发射平台喷一层5厘米厚的水保护层;第二级在发射平台两侧5米高的挂架上,在火箭飞到5米高后,向火箭后部的箭体火焰中心喷水,这两级喷水设施喷水时间超过20秒,共喷出400吨水。这些水雾通过声波加热,将声波的能量转化为热能,从而使我们发射时的噪音降低到140分贝左右,减弱了高分贝噪音的危害。

 

这些水来自发射塔顶的一个大型水箱,喷出的400吨水,30%会蒸发到大气中,60%会通过导流水箱流走,水的蒸发会带走大量的热量,使发射平台核心区域温度降低约1,000摄氏度。

整流罩内的“吸音设备”。

随着火箭上升,气流会因速度的增加而产生强烈的噪音。就像平常对着纸张吹气,会发出“啪”的一声一样,气流吹过整流罩这种大直径、大尺寸的薄壁结构,会产生140分贝以上的噪音。噪音会破坏整流罩内部的电子设备和整体结构,尤其会对关键部件造成疲劳损伤,大大降低整个系统的可靠性。有时火箭承担载人航天任务,而整流罩内部就是宇航员所在的航天器,噪音会严重损害宇航员的健康。

针对这一问题,火箭学院总体设计部研制了一种声学覆盖层,铺设在整流罩内壁上,面积达30平方米,厚度仅为4.5厘米。

 

声学覆盖层主要由三聚氰胺多孔泡沫构成。当声波入射到多孔声学材料表面时,一部分声波会被材料表面反射,另一部分则通过与外界连通的通孔传递到材料内部。声波在材料内部的振动会引起通孔内空气的剧烈运动,使其与孔壁摩擦。在摩擦力和粘滞力的作用下,部分声能转化为热能,从而导致声波衰减,反射声能减弱,达到吸声的效果。此外,空气与孔壁及材料之间的热交换也会造成热损失,这同样会导致声能衰减。

采用声学覆盖层后,整流罩内部噪声在5Hz以上频带内可降低8-500dB,总声压级降低约3dB。三聚氰胺泡沫除了可用于制作火箭的声学覆盖层外,还可用于航天飞机、商用飞机、直升机、战斗机等的降噪。

 

同时,我国科学家针对航天器和航天服采取了大量的抗噪声干扰措施,在声学覆盖层、亥姆霍兹共振器、航天器、航天服等多重作用下,整流罩内部噪声得到有效控制,航天员的听力健康得到了可靠的保障。

 

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