CN102347024A - 一种基于组合材料的消声瓦 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于组合材料的消声瓦，尤其是用泡沫金属材料与压电材料制成的消声瓦，属于消声技术领域。由具有一定弧度和厚度的泡沫金属材料片和压电材料片，以及将它们相互粘接后硫化封装为一整体结构的合成橡胶片组成。泡沫金属材料片和压电材料片的形状相一致，它们的弧度与水下运动体表面弧度相一致，经合成橡胶片封装后共同形成消声瓦。本发明既可吸收主动声纳的声波、显著降低主动声纳的声波的反射强度，也可抑制水下运动体自身产生的振动，隔离水下运动体内机器噪声向水下运动体辐射，显著降低水下运动体自噪声，降低探测方被动声纳作用距离等。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于组合材料的消声瓦，尤其是用泡沫金属材料与压电材料制成的消声瓦，属于消声技术领域。
背景技术
水下运动体在水下运动时，由于螺旋降的转动、机械的往复振动及流体运动，往往会产生较强的辐射噪声。若水下运动体的辐射噪声级较高，很容易被敌方目标探测到，不利于己方隐蔽性与安全性。水下运动体本身的自噪声太高，还会严重影响自身声纳的探测作用距离。
为解决水下运动体的消声问题，通常的做法就是在水下运动体表面铺设消声瓦。消声瓦是一种对水下运动体降噪十分明显的一种措施，也是目前最行之有效的一种降低潜艇噪声的方法，各国所装备的新型常规潜艇及核潜艇，基本上都采用了此降噪手段。
消声瓦的降噪原理，是在水下运动体与海水之间产生阻抗匹配，使声波能够传入消声瓦内，通过消声瓦材料的阻尼作用、以及瓦内空腔或填充物的作用，使声波的波形发生变换，从而使声波减弱或完全被吸收。目前的消声瓦技术，在降低水下运动体的辐射噪声与自噪声方面还存在诸多不足，如，抑制水下运动体自身振动和隔离运动体内机器噪声辐射的效果不够理想，对高频声波或低频声波的吸收效能没有区别，声纳探测器工作环境和探测距离需要改善和提高。
发明内容
本发明立意于水下运动体的辐射噪声与自噪声的降低，以保证水下运动体不被敌方目标所探测到从而保证己方的航行安全。
本发明的目的是提供一种用泡沫金属材料和压电材料制成的消声瓦，在吸收主动声纳声波、降低声波反射强度、减少主动声纳探测距离的同时，利用压电材料自身所具有的特性，抑制水下运动体自身产生的振动，隔离水下运动体内机器噪声向水下运动体辐射，在降低本体噪音的同时，改善了水下运动体声纳的工作条件，有效的提高水下运动体声纳的探测距离。
本发明的技术方案是：由具有一定弧度和厚度的泡沫金属材料片和压电材料片，以及将它们相互粘接后硫化封装为一整体结构的合成橡胶片组成。泡沫金属材料片和压电材料片的形状相一致，均为带有一定弧度的片状结构，它们经合成橡胶片（普通合成橡胶材料制成）封装后共同形成消声瓦。泡沫金属材料片、压电材料片和消声瓦的弧度与水下运动体表面弧度相一致（消声瓦的弧度根据水下运动体表面弧度确定）。
所述泡沫金属材料片是铝、镍及其合金等普通泡沫金属材料片，其孔隙率为86-92%、厚度为5～40mm；压电材料片是钛酸钡压电陶瓷或锆钛酸铅压电陶瓷（PZT）压电材料片，其厚度为5～40mm；消声瓦的整体厚度为30～150mm，长宽比为100：90～75。
所述合成橡胶片分为内、外两层结构，外层为实心结构，内层有各种不同尺寸与形状的孔洞（自然发泡形成的、无规则的孔洞），内、外层的厚度比为6～10: 1。硫化封装采用常规的硫化封装技术。
本发明依据泡沫金属材料细小微孔的阻尼作用及空腔作用和压电材料表面电荷的密度与所受的压力成正比这一基本原理，当主动声纳发出的声波作用于该消声瓦时，由于泡沫金属材料面的细小微孔和所形成的空腔及合成橡胶片内层的所设置的各种不同尺寸与形状的孔洞，可使高频声波及低频声波的波形发生变换，从而使声波减弱或完全被吸收，可以显著降低探测方主动声纳声波的反射强度，进而可降低探测方主动声纳的作用距离；水下运动体自身产生的振动和水下运动体内机器噪声会对压电材料面产生压力，从而引起压电材料内部正负电荷中心相对位移而发生极化，使压电材料两端表面出现极性相反的束缚电荷，形成微弱电磁场，可以显著降低水下运动体的辐射噪声与自噪声，进而可降低探测方被动声纳的探测距离。
该组合材料制成的消声瓦既可以显著降低探测方主动声纳的声波的反射强度，降低探测方主动声纳的作用距离，也可抑制水下运动体自身产生的振动，隔离水下运动体内机器噪声向水下运动体辐射，显著降低水下运动体自噪声，达到降低探测方被动声纳作用距离的目的。
本发明的有益效果是:
①以泡沫金属材料为消声瓦外面，吸收了主动声纳的声波，降低或消除了主动声纳的声波的反射强度；
②以合成橡胶片内层的所设置的各种不同尺寸与形状的孔洞，吸收了主动声纳的声波，降低或消除了主动声纳的声波的反射强度；
附图说明
图1是本发明使用状态示意图；
图2是本发明主视局部示意图；
图3是本发明后视局部示意图；
图4是本发明侧剖局部示意图；
图5是本发明侧剖局部示意图（非设置弧度）。
图中各标号依次表示：1-水下运动体、2-消声瓦、3-合成橡胶内层、4-弧形泡沫金属材料片、5-弧形压电材料片、6-合成橡胶外层、7-内粘接层。
具体实施方式
下面结合本发明的附图，进一步详细说明其具体实施方式。
实施例1：用于潜艇的基于组合材料的消声瓦，由具有一定弧度和厚度的泡沫金属材料片4和压电材料片5，以及将它们相互粘接后硫化封装为一整体结构的合成橡胶片3和6组成。泡沫金属材料片和压电材料片的形状相一致，均为带有一定弧度的片状结构。泡沫金属材料片是孔隙率为90%、厚度为40mm的泡沫铝片，压电材料片是厚度为40mm的压电材料片，泡沫金属材料片与压电材料片之间用环氧树脂粘接、胶层（内粘接层）厚2mm；合成橡胶片分为内、外两层结构，外层为实心结构、内层有无规则尺寸与形状的孔洞，内、外层的厚度比为10: 1；泡沫金属材料片和压电材料片为长宽比为100：90的片状，它们的弧度与潜艇外表面弧度相一致；经合成橡胶片封装后共同形成整体厚度为150mm的消声瓦。
本消声瓦是根据潜艇的形状，设计和制造具有一定弧度和厚度的泡沫金属材料片和压电材料片，将泡沫金属材料片和压电材料片粘接后硫化封装于合成橡胶片中，形成弧度与潜艇外表面相一致的消声瓦。再按照消声设计的需要，在潜艇壳体表面不同的位置，将泡沫金属材料面朝外、压电材料朝内，用环氧树脂敷设于其壳体表面。
实施例2：用于鱼雷的基于组合材料的消声瓦，由具有一定弧度和厚度的泡沫金属材料片4和压电材料片5，以及将它们相互粘接后硫化封装为一整体结构的合成橡胶片3组成。泡沫金属材料片和压电材料片的形状相一致，均为带有一定弧度的片状结构。泡沫金属材料片是孔隙率为92%、厚度为10mm的泡沫镍合金片，压电材料片是厚度为10mm的压电材料片，泡沫金属材料片与压电材料片之间用环氧树脂粘接、胶层（内粘接层）厚1mm；合成橡胶片分为内、外两层结构，外层为实心结构、内层有无规则尺寸与形状的孔洞，内、外层的厚度比为8: 1；泡沫金属材料片和压电材料片为长宽比为100：85的片状，它们的弧度与鱼雷外表面弧度相一致；经合成橡胶片封装后共同形成整体厚度为50mm的消声瓦。
本消声瓦是根据鱼雷的形状，设计和制造具有一定弧度和厚度的泡沫金属材料片和压电材料片，将泡沫金属材料片和压电材料片粘接后硫化封装于合成橡胶片中，形成弧度与鱼雷外表面相一致的消声瓦。再按照消声设计的需要，在鱼雷壳体表面不同的位置，将泡沫金属材料面朝外、压电材料朝内，用环氧树脂敷设于其壳体表面。
实施例3：用于鱼雷的基于组合材料的消声瓦，由具有一定弧度和厚度的泡沫金属材料片4和压电材料片5，以及将它们相互粘接后硫化封装为一整体结构的普通合成橡胶片3组成。泡沫金属材料片和压电材料片的形状相一致，均为带有一定弧度的片状结构。泡沫金属材料片是孔隙率为86%、厚度为5mm的泡沫铝合金片，压电材料片是厚度为5mm的压电材料片，泡沫金属材料片与压电材料片之间用环氧树脂粘接、胶层（内粘接层）厚1mm；合成橡胶片分为内、外两层结构，外层为实心结构、内层有无规则尺寸与形状的孔洞，内、外层的厚度比为6: 1；泡沫金属材料片和压电材料片为长宽比为100：75的片状，它们的弧度与鱼雷外表面弧度相一致，经合成橡胶片封装后共同形成整体厚度为30mm的消声瓦。
本消声瓦是根据鱼雷的形状，设计和制造具有一定弧度和厚度的泡沫金属材料片和压电材料片，将泡沫金属材料片和压电材料片粘接后硫化封装于合成橡胶片中，形成弧度与鱼雷外表面相一致的消声瓦。再按照消声设计的需要，在鱼雷壳体表面不同的位置，将泡沫金属材料面朝外、压电材料朝内，用环氧树脂敷设于其壳体表面。
Claims (4)
1.一种基于组合材料的消声瓦，其特征在于：由具有一定弧度和厚度的泡沫金属片和压电材料片，以及将它们相互粘接后硫化封装为一整体结构的合成橡胶片组成。
2.根据权利要求1所述的基于组合材料的消声瓦，其特征在于：泡沫金属材料片和压电材料片的形状相一致，均为带有一定弧度的片状结构，它们的弧度与水下运动体表面弧度相一致。
3.根据权利要求1或2所述的基于组合材料的消声瓦，其特征在于：泡沫金属片的孔隙率为86-92%、厚度为20～40mm，压电材料片的厚度为20～40mm，消声瓦的整体厚度为80～150mm，长宽比为100:90～75。
4.根据权利要求1或2或3所述的基于组合材料的消声瓦，其特征在于：合成橡胶片分为内、外两层结构，外层为实心结构、内层有各种不同尺寸与形状的孔洞，内、外层的厚度比为6～10:1。
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