三聚氰胺泡沫用于火箭整流罩吸声降噪

发射塔上的“淋浴系统”

当火箭发射时,一般会发出将近200分贝的噪声,有的甚至高达220分贝。这种程度的噪声的杀伤力对我们来说不容小觑,如果不加以约束,很有可能会破坏我们的身躯,损坏发射平台、周围建筑等。

 

因此火箭在发射时会痛痛快快地冲个“冷水澡”,这不仅能为我们降温,还能为火箭降噪

 

火箭院北京航天发射技术研究所设计了一款降温降噪“淋浴系统”——大流量喷水降温降噪系统。

 

这个系统分两级,一级在发射平台一层,火箭发动机点火前,会给发射平台喷一层5厘米厚的水保护层;二级在发射平台两旁5米的高空塔架上,在火箭飞达5米高以后向箭体尾部火焰中心喷水,两级喷水设施各喷20余秒,喷射出400吨的水。水雾被声波加热,将声波的能量转化成热能,从而将我们发射时的噪音降低到140分贝左右,削弱高分贝噪声的危害。

 

这些水来自发射塔顶上的大型水箱,喷出的400吨水中,有30%的水会汽化到大气中,60%的水则通过导流槽流走,水份蒸发带走大量的热,发射平台核心区降温幅度在1000摄氏度左右。

 

整流罩中的“吸音设备”

火箭在上升的过程中,由于速度不断加快,气流会引发很强的噪音。就像平时在纸上吹气,会让纸“啪啪”作响一样,气流吹过整流罩这种大直径、大尺寸的薄壁结构时,会引起140分贝以上的噪声。噪声会破坏整流罩内部的电子设备和整体结构,特别是会造成关键部件疲劳破坏,大大降低整个系统的可靠性。有时候火箭承担的是载人航天任务,整流罩内部是航天员所在的飞船,噪声会严重损害航天员的健康。

针对这个问题,火箭院总体设计部研制了声学覆盖层,敷设在整流罩内壁,敷设面积达30平方米,厚度仅有4.5厘米。

 

声学覆盖层主要由三聚氰胺多孔泡沫材料构成,当声波入射到多孔吸声材料表面时,一部分由材料表面反射,另外一部分则通过与外界相通的通孔透射到材料内部。进入材料内声波的振动引起通孔内空气的剧烈运动,使其与孔壁摩擦。在摩擦和黏滞力作用下,部分声能转化为热能,使声波衰减、反射声能减弱,达到吸声效果。另外,空气和孔壁与材料之间的热交换引起热量损失,也造成声能衰减。

有了声学覆盖层,整流罩内的噪音在500赫兹以上频段可降低5-8分贝,总声压级降低约3分贝。除了做火箭的声学覆盖层外,三聚氰胺泡沫还可以用航天飞机,商用飞机,直升机,战斗机等降噪。

 

同时,我国的科学家们对飞船以及宇航服等也都采取了很多防噪声干扰的措施。在声学覆盖层、亥姆霍兹共鸣器、飞船、宇航服等多重作用下,整流罩内的噪音得到了有效控制,航天员的听力健康得到了可靠保障。

 

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