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结构与复杂载荷、辐射声场相互作用的机制研究是振声学中的一类基础性科学问题。在此类问题中,振动结构的声辐射效率是一个关键评价指标,它的定义是结构辐射声能量与其振动能量之比。声辐射效率通常被用于描述结构振动与声辐射之间的关系,因为它不仅表征了结构辐射声的能力,也反映了结构振动响应的相关信息。对于典型结构,其振动响应一般相对容易获取,而其声辐射响应,特别是在湍流气动载荷、声载荷等随机激励作用下,通常难以精确地确定。因此研究复杂情况下的声辐射效率对于精确预报结构声辐射具有重要的学术和应用价值。 本文以大型飞机座舱噪声控制为应用背景,主要对包含气动载荷影响的飞机壁板结构的声辐射效率进行了系统地研究,重点分析了阻尼贴片、结构阻尼、湍流流速等参数对壁板结构声辐射效率的影响。此外,还对流场中弹性结构表面的声载荷计算问题进行了探讨。本文的研究成果发展和完善了包含阻尼和流速影响的结构声辐射理论以及结构声载荷计算方法,对于大型飞机座舱噪声预报具有重要的指导意义。本文的主要创新点和发现可归纳为以下四个方面: (1)基于模态展开提出了一种计算复合结构振动与声辐射响应的方法。此方法可用于分析不同激励作用下阻尼贴片对壁板隔声和声辐射效率的影响,进而优化阻尼贴片的参数以控制壁板的声振响应。 (2)提出了包含结构阻尼影响的壁板声辐射效率计算公式。与适用于无限大壁板的Cremer公式相比发现,声辐射效率会在临界频率以下频段随结构阻尼增加而线性增加。结构阻尼增加一倍,声辐射效率随之增加3 dB;与适用于有限大壁板的Leppington公式相比发现,在临界频率以下频段,结构阻尼越大,声辐射效率随之增加的幅度越大。结构阻尼从5%增加到10%时,声辐射效率会相应地增加4~6 dB。 (3)推导了湍流边界层激励作用下有限大壁板的声辐射效率计算公式,揭示了流速较高时,与流体发生吻合效应的结构波数处于强辐射状态的机制。研究发现,增加流速,会使声辐射效率在流体动力吻合频率以下频段增加。当流速马赫数从0.5增加到0.9时,声辐射效率会相应地增加3~7 dB;流速增加会使结构阻尼对声辐射效率的影响更显著。低流速情况下,声辐射效率对结构阻尼的变化不敏感,结构阻尼从1%增加到4%,声辐射效率增加不超过2 dB。而在高流速情况下,结构阻尼增加幅度相同时,声辐射效率将增加5 dB。 (4)推导了包含流场和弹性结构影响的声传播算子,并提出了一种计算流场中弹性结构声散射的方法。此方法对于计算飞机结构的表面声载荷及空间声散射具有非常重要的应用价值。