CN108172208A - 一种局域共振手性蜂窝覆盖层 - Google Patents

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陶猛
李俊杰
叶韩峰
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    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
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Abstract

本发明公开了一种局域共振手性蜂窝覆盖层，手性蜂窝基体可隔声降噪，内部分布式嵌入局域共振芯体，其单元共振频率可控制，同时分布式的嵌入方式可设计，从而满足覆盖层具有良好的降噪效果，特别是对于特定外激频率的声波。对提高水下结构的声隐身能力和减振降噪具有重要作用。

Description

一种局域共振手性蜂窝覆盖层
技术领域
本发明涉及覆盖层领域，具体为一种局域共振手性蜂窝覆盖层。
背景技术
舰船作为重要的海上战斗力已成为各国军事发展的主要组成。水下探测主要依靠探测声场的变化。因此，降低自身的辐射噪声和声反射特性就成为水下结构声隐身的主要措施。手性蜂窝覆盖层作为水下运动体最外侧的声学防护层，通常具有吸声、隔声、抑振或抗冲击等功能，是目前唯一能够同时有效对抗主、被动探测的关键技术。
手性蜂窝覆盖层通常是含有各种空腔结构如球形、圆柱形空腔，的黏弹性复合结构，这类手性蜂窝覆盖层主要以吸收探测声波为主，同时兼具其它如隔声、减振性能。水平排列手性蜂窝并在空腔内分布式嵌入局域共振芯体的局域共振手性蜂窝覆盖层具有优良的的隔声和耐冲击等特点，不仅可以很好地降低自身噪声向外辐射，还能一定程度上提高水下结构物对瞬时冲击条件下的安全性能。与传统的球形、圆柱形覆盖层相比，手性蜂窝空腔的的基体整体稳定性更好，局域共振手性蜂窝覆盖层对特定的外激频率的声波具有独特的降噪功能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种局域共振手性蜂窝覆盖层，以满足覆盖层具有良好的降噪效果，特别是对于特定外激频率的声波。对提高水下结构的声隐身能力和减振降噪具有重要作用，以克服现有技术的不足。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种局域共振手性蜂窝覆盖层，其特征在于：包括手性蜂窝橡胶基体，在凹孔蜂窝橡胶基体的空腔内分布式地嵌入了局域共振芯体，在凹孔蜂窝橡胶基体上表面设置覆盖层上包覆表面，在凹孔蜂窝橡胶基体下表面设置覆盖层下包覆表面。
优选的，所述手性蜂窝橡胶基体为具体负泊松比的手性蜂窝结构，该手性蜂窝橡胶基体的蜂窝空腔的中心线与弹性波或声波传播方向相垂直。
优选的，手性蜂窝橡胶基体为具有超弹性的橡胶材料，局域共振芯体包括阻尼材料如人工调制软橡胶胶或弹性硅胶的阻尼材料和如合金钢或重金属铅制成的金属振子。
优选的，由阻尼和振子组成的局域共振芯体的固有共振频率可控制。
优选的，该覆盖层上包覆表面选用具有机械强度高、耐高温、耐化学药品性、耐燃、热稳定性好的新型高新能热塑性树脂。
优选的，该覆盖层下包覆表面为耐溶剂性好、高强度、粘接强度高、耐冲击、抗振动、耐高低温性能优越，具有强的拉伸、剪切与剥离强度的磁钢胶。
本发明隔离耗散振动弹性波或声波能量的机理简述如下：
（1）由于覆盖层中有大量的手性蜂窝空腔，空腔中的空气阻抗与覆盖层的基体材料阻抗相差很大，阻抗失配效应导致弹性波或声波在传播过程中有一部分被隔离掉；
（2）弹性波或声波传播到手性蜂窝空腔尖角处，由于结构的不连续性导致弹性波或声波产生反射，不断的反射增加了它们在覆盖层中的传播路径，这就意味着消耗更多的振动或声波能量；
（3）声波在手性结构内绕中心胞元旋转，实现波形转换，并且胞元中心嵌入了局域共振芯体，在此处出现更为复杂的传播路径，弹性波得到大的衰减；
（4）当外激频率与局域共振芯体的共振频率吻合或接近时，结构中的弹性波能被阻断导致无法传播；
本发明中由于包含手性蜂窝空腔结构和局域共振芯体，与传统手性蜂窝覆盖层相比，其具有更好的声波和弹性波耗散能力，特别是共振频率可设计的局域共振芯体对于特定外激频率的声波降噪性能优良。
本发明的优点是加工简单便于敷设，设计灵活，可根据要求设计出不同频宽的覆盖层。
附图说明
图1为本发明局域共振手性蜂窝覆盖层三维示意图；
图2为覆盖层横截面示意图；
图3为本发明局域共振手性蜂窝覆盖层分解装配示意图；
图4为覆盖层敷设于舰船表面示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图，本发明提供一种技术方案：一种局域共振手性蜂窝覆盖层，包括手性蜂窝橡胶基体1，在凹孔蜂窝橡胶基体1的空腔内分布式地嵌入了局域共振芯体2，在凹孔蜂窝橡胶基体1上表面设置覆盖层上包覆表面3，在凹孔蜂窝橡胶基体1下表面设置覆盖层下包覆表面4。
其中所述手性蜂窝橡胶基体1为具体负泊松比的手性蜂窝结构，该手性蜂窝橡胶基体1的蜂窝空腔的中心线与弹性波或声波传播方向相垂直，手性蜂窝橡胶基体1为具有超弹性的橡胶材料，局域共振芯体2包括阻尼材料如人工调制软橡胶胶或弹性硅胶的阻尼材料21和如合金钢或重金属铅制成的金属振子22，由阻尼21和振子22组成的局域共振芯体2的固有共振频率可控制，该覆盖层上包覆表面3选用具有机械强度高、耐高温、耐化学药品性、耐燃、热稳定性好的新型高新能热塑性树脂，该覆盖层下包覆表面4为耐溶剂性好、高强度、粘接强度高、耐冲击、抗振动、耐高低温性能优越，具有强的拉伸、剪切与剥离强度的磁钢胶。
首先，局域共振手性蜂窝覆盖层7靠近水域部分具有手性蜂窝空腔，空气阻抗远远小于船体5和水体6的阻抗，覆盖层改变了船体与水介质之间的阻抗特性，这样声波8被大量消耗在介质中；
之后，一部分声波继续向下传播，在手性蜂窝不连续处，经历纵向波转换为横向波和扭曲波等波形变换过程，能量得到衰减；
同时，一部分声波透射进入局域共振芯体，当外部激励频率与共振频率相当或接近时局域共振芯体发生共振，这将耗散掉大量的声波能量。同时具有降低被保护结构整体振动的能力。
最后残余的弹性波和声波在局域共振芯体为中心的胞元附近经过多次反射和波形变换最终全部耗散。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种局域共振手性蜂窝覆盖层，其特征在于：包括手性蜂窝橡胶基体(1)，在凹孔蜂窝橡胶基体(1)的空腔内分布式地嵌入了局域共振芯体(2)，在凹孔蜂窝橡胶基体(1)上表面设置覆盖层上包覆表面(3)，在凹孔蜂窝橡胶基体(1)下表面设置覆盖层下包覆表面(4)。
2.根据权利要求1所述一种局域共振手性蜂窝覆盖层，其特征在于：所述手性蜂窝橡胶基体(1)为具体负泊松比的手性蜂窝结构，该手性蜂窝橡胶基体(1)的蜂窝空腔的中心线与弹性波或声波传播方向相垂直。
3.根据权利要求1所述一种局域共振手性蜂窝覆盖层，其特征在于：手性蜂窝橡胶基体(1)为具有超弹性的橡胶材料，局域共振芯体(2)包括阻尼材料如人工调制软橡胶胶或弹性硅胶的阻尼材料(21)和如合金钢或重金属铅制成的金属振子(22)。
4.根据权利要求3所述一种局域共振手性蜂窝覆盖层，其特征在于：由阻尼(21)和振子(22)组成的局域共振芯体(2)的固有共振频率可控制。
5.根据权利要求1所述一种局域共振手性蜂窝覆盖层，其特征在于：该覆盖层上包覆表面(3)选用具有机械强度高、耐高温、耐化学药品性、耐燃、热稳定性好的新型高新能热塑性树脂。
6.根据权利要求1所述一种局域共振手性蜂窝覆盖层，其特征在于：该覆盖层下包覆表面(4)为耐溶剂性好、高强度、粘接强度高、耐冲击、抗振动、耐高低温性能优越，具有强的拉伸、剪切与剥离强度的磁钢胶。
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