CN102543062B

CN102543062B - 一种宽频耐压反声结构

Info

Publication number: CN102543062B
Application number: CN2011104523724A
Authority: CN
Inventors: 王雯霏; 梁磊; 韦璇
Original assignee: 725th Research Institute of CSIC
Current assignee: 725th Research Institute of CSIC
Priority date: 2011-12-30
Filing date: 2011-12-30
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2031-12-30
Also published as: CN102543062A

Abstract

本发明介绍了一种宽频耐压反声结构，从外至内由防水层、上下增强层、反声障板芯材组成；反声障板芯材由泡沫层和增强柱组成；防水层为橡胶材料，增强层为纤维增强树脂材料，泡沫层为经过预压缩的低密度泡沫材料，增强柱为纤维增强树脂材料，形状为圆柱体，相邻圆柱体之间以圆心等间距的形式均匀分布于泡沫层中。本发明的耐压水声反声结构在4.5MPa—6MPa的高静水压力下，2kHz-30kHz的频率范围内平均声压反射系数>75%，可以提高舰船声呐基阵探测的指向性、信噪比和增益。

Description

一种宽频耐压反声结构

技术领域

本发明涉及一种非金属水声材料领域技术，特别是一种宽频耐压反声结构。

背景技术

声呐是舰船上极其重要的水声设备，其性能将直接影响舰艇的安全性和战斗力。反声障板是声呐基阵用的主要材料之一，在深水区工作的反声障板，必须同时具备较高的反声性能和耐高静水压这两项主要的特性。为提高反声性能，反声材料的特征声阻抗与水的声阻抗相差越大越好，因此多采用低密度的泡沫材料作为反声障板的芯材，然而材料密度太低，其耐静水压性能便不能满足要求。

为了解决反声材料的耐压性能，各国研究者设计出了多种特殊结构来提高材料的耐压性能。美国专利US4669573报道了一种轻质声障板结构，该反声障板以聚氨酯泡沫为芯材，内有增强支柱，上面有一层不锈钢的屏蔽层，厚度为0.0001英寸，带有直径为0.0001英寸的小孔，再上层有蜂窝状的铝制钢性构件，厚度为0.25英寸，外壳用氯丁橡胶或金属层包覆。该反声障板低频下性能较好，但耐压性能较差，仅能满足3MPa下的反声性能要求。此外，该耐压结构复杂，应用不便。国外还报道了一种增强的聚苯乙烯泡沫芯反声障板，在聚苯乙烯泡沫板外面有上下加强钢板和高密度聚苯乙烯泡沫护板，内置支撑钢柱，各连接界面用环氧树脂胶粘剂粘接，不足之处在于其工作水深仅为366m，有待提高。

美国专利US5621701报道了一种柔性可控的反声障板结构，适用于高静水压的环境。该结构在泡沫芯层中嵌入多组双凸镜状的柔性单元，外包覆一层橡胶层。双凸镜状的结构单元由高阻尼的约束粘弹层完整地联结在一起，可以在较宽的频带内有效地降低噪声。但不足之处在于其耐压及反声性能有待进一步的提高。

国内文献《低阻抗耐压反声障板的研制》中公开了一种低阻抗的耐压反声障板，其结构是采用经过预压缩的硬质开孔聚氨酯泡沫塑料作为障板芯材，外包覆橡胶防水层，该结构可耐≤3MPa压力，在4kHz-20kHz的频率范围内，声压反射系数≥80%。文献《一种新型水声反声材料的研究》中公开了一种新型水声反声材料的制作方法，具体是采用不锈钢钢管与防水橡胶层复合硫化成型，该材料在常压下和2kHz-20kHz频率范围内声压反射系数≥80%。最近公开的专利200710054055中报道了一种复合材料外壳的反声障板及其制造方法，该结构包括硬质聚氨酯泡沫芯材和耐海水的树脂基复合材料外壳。该结构具有制造工艺简单，实现性强的特点，但不足之处在于其耐压性能较低，且仅在某个较窄的频带内反声性能较好。可以看出，上述技术的不足之处都在于反声结构的耐压性能、宽频带反声性能需要进一步提高，此外，工艺性复杂难以实施也是一个显著的缺点。针对这些问题，本发明设计了一种可耐高静水压、宽频带内反声性能优异、结构简单、易于实现的反声结构。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种宽频耐压反声结构，对目前水声反声材料耐压性、宽频带反声性能较差和工艺复杂等问题，反声结构采用橡胶包覆经预压缩处理的高强度泡沫材料并具有增强支柱和增强层，使材料能够在4.5MPa、6MPa的高静水压下、2kHz-30kHz频带范围内拥有优异的反声性能,以满足舰船对反声材料的要求。

为了实现解决上述技术问题的目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明的一种宽频耐压反声结构，从外至内由防水层、上下增强层、反声障板芯材组成；反声障板芯材由泡沫层和增强柱组成；防水层为橡胶材料，增强层为纤维增强树脂材料，泡沫层为经过预压缩的低密度泡沫材料，增强柱为纤维增强树脂材料，形状为圆柱体，相邻圆柱体之间以圆心等间距的形式均匀分布于泡沫层中。

本发明的一种宽频耐压反声结构，所述的防水层的为具有良好的耐水性和良好的透声性的橡胶材料；增强层的纤维增强树脂材料具有较高的压缩强度和模量；泡沫层为经过预压缩的低密度聚氯乙烯或环氧泡沫材料,压缩前材料密度为 0.1g/cm³~0.3g/cm³，压缩后泡沫密度增大到0.3g/cm³~0.5g/cm³。

本发明的一种宽频耐压反声结构，具体结为：制品总厚度为15mm～30mm，防水层的厚度为1mm～1.5mm；增强层厚度为1mm～1.5mm，泡沫层为厚度9mm～26mm的聚氯乙烯或环氧树脂泡沫材料，增强柱的半径为3mm~5mm，增强柱的长度与泡沫层厚度相同，相邻增强柱之间以圆心等间距的形式均匀分布于泡沫层中，间距为12mm~16mm。

防水层材料具有良好的耐水性，主要用于防止水进入其内部而导致反声结构声学性能下降。此外，防水层还应具有良好的透声性，保证声波穿过其内部时不被材料吸收，否则会导致反声系数降低。增强层为纤维增强树脂材料，具有较高的压缩强度和模量，能够提高反声障板的耐压性能；泡沫层为经过预压缩的低密度泡沫材料，可采用强度较高、密度适中的聚氯乙烯或环氧泡沫材料。经过预压缩的泡沫材料密度增大，耐压性能提高，同时泡沫材料中的闭孔结构遭到破坏，形成大量的空气空腔，大大降低材料的声速和阻抗，从而可以提高制品的反声性能。增强柱为纤维增强树脂材料，均匀分布于泡沫层中，进一步提高了整体结构的抗压性能，整体抗压结构如图3所示。为了在较宽的频带内获得较好的反声性能，降低泡沫芯材的厚度及制品的总厚度，这不仅有利于提高材料在宽频范围内的反声性能，更有利于反声障板的安装和施工。

本发明的反声结构可以通过以下方法实现：

在泡沫层上打孔贯穿，将增强柱表面涂覆胶粘剂，放入孔腔中，与泡沫层粘接形成反声障板芯材，然后，将芯材放入增强层中，最后，外包覆橡胶防水层，采用硫化成型的工艺硫化成型。

这些技术方案也可以互相组合或者结合，从而达到更好的技术效果。

通过采用上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：

本发明的耐压水声反声结构在4.5MPa—6MPa的高静水压力下，2kHz-30kHz的频率范围内平均声压反射系数>75%，可以提高舰船声呐基阵探测的指向性、信噪比和增益。

附图说明

图1是耐压反声结构高压宽频反声性能效果图。

从图中可以看出，在4.5MPa水压下、2kHz-30kHz的测试频率范围内，本发明的耐压水声反声结构的平均声压反射系数达到了79%，而在6.0MPa的水压下、2kHz-30kHz的测试频率范围内，本发明的耐压水声反声结构的平均声压反射系数则达到了77%。

图2是耐压反声结构剖视图。

图3是抗压结构示意图。

图中，1-防水层，2-上下增强层，3-泡沫层，4-增强柱。

具体实施方式

以下结合附图2和附图3说明本专利的具体实施方式。

实施例1

制品总厚度为15mm，防水层1的厚度为1.5mm，材料为丁基橡胶。增强层2为纤维增强环氧树脂材料，厚度为1.5mm，泡沫层3为厚度9mm的聚氯乙烯泡沫材料，表观密度为0.32g/cm³，增强柱4为半径3mm的纤维增强环氧树脂圆柱体。增强柱的长度与泡沫层厚度相同，为9mm，相邻增强柱之间以圆心等间距的形式均匀分布于泡沫层中，间距为12mm。

该制品的反声性能如下表所示：

表1 实施例1的反声性能

频率KHz	4.5MPa	6.0MPa
			2	0.86	0.74
3	0.87	0.85
			5	0.89	0.82
6	0.91	0.82
			7	0.94	0.91
8	0.94	0.91
			11	0.85	0.86
12	0.87	0.91
			16	0.84	0.86
18	0.88	0.89
			19	0.79	0.81
20	0.85	0.84
			21	0.89	0.78
22	0.83	0.78
			24	0.86	0.87
25	0.88	0.89
			26	0.87	0.83
28	0.88	0.93
			29	0.83	0.85
30	0.86	0.79
			平均	0.79	0.77

注：由于测试条件限制，个别频率下反声数据无法测得。

实施例2

制品总厚度为25mm，防水层1的厚度为1.5mm，材料为丁基橡胶。增强层2为纤维增强环氧树脂材料，厚度为1.5mm，泡沫层3为厚度19mm的聚氯乙烯泡沫材料，表观密度为0.43g/cm³，增强柱4为半径为4mm的纤维增强环氧树脂圆柱体。增强柱的长度与泡沫层厚度相同，为19mm，相邻增强柱之间以圆心等间距的形式均匀分布于泡沫层中，间距为14mm。

表2 实施例2的反声性能

频率KHz	4.5MPa	6.0MPa
			2	0.73	0.76
3	0.85	0.82
			5	0.87	0.84
6	0.88	0.85
			7	0.91	0.89
8	0.9	0.87
			11	0.91	0.89
12	0.94	0.92
			16	0.86	0.84
18	0.89	0.85
			19	0.88	0.87
20	0.86	0.88
			21	0.82	0.73
22	0.7	0.72
			24	0.87	0.85
25	0.86	0.91
			26	0.85	0.82
28	0.87	0.83
			29	0.88	0.84
30	0.83	0.82
			平均	0.78	0.76

注：由于测试条件限制，个别频率下反声数据无法测得。

实施例3

制品总厚度为30mm，防水层1的厚度为1mm，材料为丁基橡胶。增强层2为纤维增强环氧树脂材料，厚度为1mm，泡沫层3为厚度26mm的环氧树脂泡沫材料，表观密度为0.49g/cm³，增强柱4为半径为5mm的纤维增强环氧树脂圆柱体。增强柱的长度与泡沫层厚度相同，为26mm，相邻增强柱之间以圆心等间距的形式均匀分布于泡沫层中，间距为16mm。

表3 实施例3的反声性能

频率KHz	4.5MPa	6.0MPa
			2	0.81	0.79
3	0.87	0.85
			5	0.86	0.88
6	0.84	0.8
			7	0.9	0.92
8	0.85	0.83
			11	0.86	0.82
12	0.82	0.78
			16	0.79	0.82
18	0.87	0.85
			19	0.89	0.87
20	0.88	0.87
			21	0.79	0.75
22	0.76	0.72
			24	0.88	0.85
25	0.85	0.82
			26	0.87	0.85
28	0.85	0.87
			29	0.75	0.75
30	0.73	0.81
			平均	0.76	0.75

注：由于测试条件限制，个别频率下反声数据无法测得。

Claims

1.一种宽频耐压反声结构，其特征是：宽频耐压反声结构从外至内由防水层、上下增强层、反声障板芯材组成；反声障板芯材由泡沫层和增强柱组成；防水层为橡胶材料，增强层为纤维增强树脂材料，泡沫层为经过预压缩的低密度泡沫材料，增强柱为纤维增强树脂材料，形状为圆柱体，相邻圆柱体之间以圆心等间距的形式均匀分布于泡沫层中；制品总厚度为15mm～30mm，防水层的厚度为1mm～1.5mm；增强层厚度为1mm～1.5mm，泡沫层为厚度9mm～26mm的聚氯乙烯或环氧树脂泡沫材料，增强柱的半径为3mm~5mm，增强柱的长度与泡沫层厚度相同，相邻增强柱之间以圆心等间距的形式均匀分布于泡沫层中，间距为12mm~16mm。

2.根据权利要求1所述宽频耐压反声结构，其特征是：所述的泡沫层为经过预压缩的低密度聚氯乙烯或环氧泡沫材料，压缩前材料密度为 0.1g/cm³~0.3g/cm³，压缩后泡沫密度增大到0.3g/cm³~0.5g/cm³。