CN107340510B - 一种复合材料与透声橡胶贴敷型声纳导流罩 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种复合材料与透声橡胶贴敷型声纳导流罩；包括钢质的骨架、纤维增强复合材料层合板和透声橡胶层；所述骨架的一侧设有凹槽；所述纤维增强复合材料层合板的内表面嵌入所述凹槽与骨架连接；所述透声橡胶层贴敷在纤维增强复合材料层合板的外表面；本发明提供具有高透声、高强度、高刚度特性，且对舰艇中高航速下的流激载荷抑制作用明显，自噪声控制性能优异；本发明在保证导流罩具有较高的透声性能的同时，还避免了螺钉连接带来的应力集中问题，保证了强度及刚度的要求。

Description

一种复合材料与透声橡胶贴敷型声纳导流罩
技术领域
本发明涉及水面或水下航行器低噪声综合声纳导流罩设计领域，尤其涉及一种复合材料与透声橡胶贴敷型声纳导流罩。
背景技术
声呐导流罩是保证声呐站在水中处于良好工作环境的遗声壳体，应具备良好的透声性能，较低的传输损耗和相位畸变，较高的强度以及良好的耐海水腐蚀特性及防污性。
传统的导流罩采用玻璃钢复合材料制作成型，存在以下缺点：
1、玻璃钢壳板采用手糊成型工艺，导致壳板结构均匀性变差，对透声性能有较大的影响，此外，手糊成型工艺还会引起壳板结构强度、刚度特性偏低；
2、复合材料壳板与钢质加强筋采用机械连接，需要在复合材料壳板上钻孔，打断了纤维的连续性，造成壳板强度降低，同时穿孔连接部位存在应力集中现象，在疲劳载荷作用下，容易导致结构提前出现破坏，影响整体结构功能特性和安全使用性。
发明内容
本发明针对上述问题，提供无需螺栓连接且透声性好、结构强度高的复合材料与透声橡胶贴敷型声纳导流罩。
本发明提供的一种复合材料与透声橡胶贴敷型声纳导流罩，包括钢质的骨架、纤维增强复合材料层合板和透声橡胶层；所述骨架的一侧设有凹槽；所述纤维增强复合材料层合板的内表面嵌入所述凹槽与骨架连接；所述透声橡胶层贴敷在纤维增强复合材料层合板的外表面。
作为本发明的进一步优化，所述骨架包括横向肋骨和纵向肋骨；所述横向肋骨和纵向肋骨交叉组合；优选的，所述横向肋骨和纵向肋骨上的凹槽在交叉组合处相互连通。
作为本发明的进一步优化，所述纤维增强复合材料层合板为变厚度，即不同部位的厚度不相同。
作为本发明的进一步优化，所述透声橡胶层采用胶连剂粘贴在所述纤维增强复合材料层合板的外表面
作为本发明的进一步优化，所述透声橡胶层为分块拼接，各分块之间填塞硅橡胶或者环氧胶泥；优选的，所述透声橡胶层内的分块拼接是在横向肋骨和纵向肋骨形成的矩形板格平面内。
作为本发明的进一步优化，所述透声橡胶层为变厚度，即不同部位的厚度不同。
作为本发明的进一步优化，还包表面涂层，所述表面涂层覆盖在所述透声橡胶层外表面；优选的，所述表面涂层为聚脲材质，喷涂或涂覆于所述透声橡胶层的外表面。
本发明的有益效果是：
本发明提供的一种复合材料与透声橡胶层贴敷型声纳导流罩，具有高透声、高强度、高刚度特性，且对舰艇中高航速下的流激载荷抑制作用明显，自噪声控制性能优异；本发明在保证导流罩具有较高的透声性能的同时，还避免了螺钉连接带来的应力集中问题，保证了强度及刚度的要求。
附图说明
图1是本发明一种复合材料与透声橡胶贴敷声纳导流罩结构示意图；
图2是图1所示结构骨架示意图；
其中，骨架1，横向肋骨11，纵向肋骨12，纤维增强复合材料层合板2，透声橡胶层3。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作详细说明。
实施例一
如图1、图2所示，本实施例中的骨架1采用45#钢加工制作，骨架1包括三块横向肋骨11和十五块纵向肋骨12，横向肋骨11和纵向肋骨12交叉组合，横向肋骨11和纵向肋骨12交叉组合处采用线切割或焊接成型；纵向肋骨12从首至尾依次编号分别设为H1、HR2、HL2……HR7、HL7(其中R代表右舷，L代表左舷)，两弦纵向肋骨12对称分布，纵向肋骨12的厚度均为20mm，横向肋骨11的编号设为W1、W2、W3，其厚度均为24mm。
上述横向肋骨11和纵向肋骨12的分布较为稀疏，实质上是一种疏肋结构，这种结构减少了肋骨的数量，有利于提高导流罩结构整体声学特性并有效减轻结构重量；此外，横向肋骨11和纵向肋骨12的稀疏分布不易使信号发生畸变，具有利于罩体结构的隐身特性。
所述骨架1的一侧设有凹槽，具体的，是横向肋骨11和纵向肋骨12与纤维增强复合材料层合板2的连接面上均设凹槽，且凹槽沿肋长度方向贯穿肋骨，横向肋骨11和纵向肋骨12的凹槽在交叉组合处也是相互连通；所述纤维增强复合材料层合板2的内表面嵌入所述凹槽与骨架1连接；纤维增强复合材料层合板2与骨架1的具体连接工艺有多种，参考文献《一种复合材料板与金属件嵌入式板筋连接结构》介绍了一种，这里不作赘述。
纤维增强复合材料层合板2与骨架1的嵌入式连接，避免了传统螺栓螺钉连接须在复合材料壳板上钻孔的问题，不会打断复合材料纤维的连续性，保障了壳板强度，同时也避免了穿孔连接部位存在的应力集中现象，增强了整体结构功能特性和安全使用性。
本实施例中纤维增强复合材料层合板2所用的纤维增强复合材料层合板具体为碳/玻层间混杂纤维增强复合材料制作，其中增强纤维包括T700单向布、E800多轴向布以及SW220平纹织物，树脂为350环氧树脂；SW220正交织物分别处于复合材料的表层和T700单向布、E800多轴向布之间，用来提高层间界面强度；纤维增强复合材料层合板2与骨架1整体采用真空成型工艺。
纤维增强复合材料层合板2和骨架1的配合使用，不单解决了手糊成型导致结构性能不均匀的问题，改善了结构声学性能，还有效提高了结构的强度及刚度特性。
所述纤维增强复合材料层合板2采用变厚度设计，根据导流罩不同部位承载特性及结构型式的差异，纤维增强复合材料层合板2的不同部位采用不同的厚度，纤维增强复合材料层合板2被骨架1的框架纵向分割为3列，共3块区域，其中首部1块，编号为22，尾部两块相同，编号为21、23，左右两舷对称，其中首部22厚度为12.46mm，尾部壳板21、23均为18.00mm，需要说明的是，纤维增强复合材料层合板2的厚度区域在附图中未标示出。
采用变厚度纤维增强复合材料层合板设计方案，在纤维增强复合材料层合板2刚度要求大的部位增加纤维增强复合材料层合板2的厚度，刚度要求小的部位减小纤维增强复合材料层合板2的厚度，有效提高纤维增强复合材料层合板2的刚度特性并减少纤维增强复合材料层合板2的重量，减低建造成本。
本实施例中的透声橡胶层3为氯丁橡胶，透声橡胶层3采用真空外包覆方式，即透声橡胶层3采用胶连剂粘贴在所述纤维增强复合材料层合板2的外表面；透声橡胶层3与纤维增强复合材料层合板2的胶连剂粘贴工艺有多种，参考文献《船用声呐导流罩的复合料板及制备方法》(申请日：2017年7月23日；申请号：201710603570.3)介绍了一种，这里不作赘述。
透声橡胶层3采用分块拼接的方式，各分块之间填塞硅橡胶或者环氧胶泥，分块拼接的方式可以很好的适用于具有较多的复杂曲面的纤维增强复合材料层合板3，从而达到较为理想的贴敷效果；优选的，所述透声橡胶层内的分块拼接是在横向肋骨11和纵向肋骨12形成的矩形板格平面内，这样，透声橡胶层贴敷的位置避开的骨架1，使贴敷效果能更理想；密封粘结腻子应用在复合材料层合板以及氯丁橡胶之间具有较好的界面粘结强度，密封粘结腻子本身也具有应密度小、韧性好的特点。
透声橡胶层3应具有透声性能好、密度小、耐海水腐蚀的特点。同时，根据声学设计及流体力学性能要求，透声橡胶层3可采用变厚度设计，透声橡胶层3对应于纤维增强复合材料层合板2中21、22、23三部位的编号设为31、32、33，厚度均为21.54mm、16mm、16mm，需要说明的是，透声橡胶层3的厚度区域在附图中未标示出。
在纤维增强复合材料层合板2的外表面贴敷变厚度透声材料，能有效提高导流罩的透声性能。
作为优化，在所述透声橡胶层3的外表面上还可以喷涂或涂覆聚脲材质的表面涂层，表面涂层使透声橡胶3具有抗氧化、抗老化的作用，还能较少海水对透声橡胶3的腐蚀作用。
本实施例应用于水面或水下航行器的导流罩结构，在保证导流罩具有足够结构强度及刚度要求的同时，较好地解决了传统玻璃钢导流罩透声以及抑振能力差的问题；本实施例还具有高透声、高强度、高刚度特性，且对舰艇中高航速下的流激载荷抑制作用明显，自噪声控制性能优异。
实施例二
本实施例与实施例一基本相同，不同之处在于：
纤维增强复合材料层合板2所用的单一纤维增强复合材料层合板为玻璃纤维增强复合材料制作，其中增强纤维为SW220平纹织物，树脂为430LV乙烯基树脂；纤维增强复合材料层合板2所用的单一纤维增强复合材料层合板采用真空成型工艺。
所述纤维增强复合材料层合板2采用变厚度设计，根据导流罩不同部位承载特性及结构型式的差异，纤维增强复合材料层合板2的不同部位采用不同的厚度，纤维增强复合材料层合板2被骨架1的框架纵向分割为5列，共5块区域，其中首部1块，编号为21，中部两块相同，编号为22，尾部两块相同，编号为23，左右两舷对称，其中首部21厚度为12.06mm，中部22厚度为14.00mm，尾部壳板23厚度为16.98mm，需要说明的是，纤维增强复合材料层合板2的厚度区域在附图中未标示出。
所述透声橡胶层3根据不同部位声学特性要求可以采用变厚度设计，应于纤维增强复合材料层合板中21、22、23三部位的编号为31、32、33，厚度均为19.94mm、18mm、15.02mm，需要说明的是，透声橡胶层3的厚度区域在附图中未标示出。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种复合材料与透声橡胶贴敷型声纳导流罩，其特征在于，包括钢质的骨架、纤维增强复合材料层合板和透声橡胶层；所述骨架的一侧设有凹槽；所述纤维增强复合材料层合板的内表面嵌入所述凹槽与骨架连接；所述透声橡胶层贴敷在纤维增强复合材料层合板的外表面；所述透声橡胶层采用胶连剂粘贴在所述纤维增强复合材料层合板的外表面；所述透声橡胶层为分块拼接，各分块之间填塞硅橡胶或者环氧胶泥。
2.根据权利要求1所述一种复合材料与透声橡胶贴敷型声纳导流罩，其特征在于，所述骨架包括横向肋骨和纵向肋骨；所述横向肋骨和纵向肋骨交叉组合。
3.根据权利要求2所述一种复合材料与透声橡胶贴敷型声纳导流罩，其特征在于，所述横向肋骨和纵向肋骨上的凹槽在交叉组合处相互连通。
4.根据权利要求1所述一种复合材料与透声橡胶贴敷型声纳导流罩，其特征在于；所述纤维增强复合材料层合板为变厚度，即不同部位的厚度不相同。
5.根据权利要求1所述一种复合材料与透声橡胶贴敷型声纳导流罩，其特征在于，所述透声橡胶层内的分块拼接是在横向肋骨和纵向肋骨形成的矩形板格平面内。
6.根据权利要求5所述一种复合材料与透声橡胶贴敷型声纳导流罩，其特征在于，所述透声橡胶层为变厚度，即不同部位的厚度不同。
7.根据权利要求1所述一种复合材料与透声橡胶贴敷型声纳导流罩，其特征在于，还包表面涂层，所述表面涂层覆盖在所述透声橡胶层外表面。
8.根据权利要求7所述一种复合材料与透声橡胶贴敷型声纳导流罩，其特征在于，所述表面涂层为聚脲材质，喷涂或涂覆于所述透声橡胶层的外表面。
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