CN108492814A - 一种基于阻抗渐变型的组合空腔型声学覆盖层 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于阻抗渐变型的组合空腔型声学覆盖层，该将传统覆盖层的组合空腔结构与阻抗渐变型覆盖层相结合，外层的覆盖层阻抗与水介质特性阻抗更为接近，使得入射到覆盖层外表面的声能量能够更多地进入覆盖层内部，并随材料的厚度增大逐步增大对声波的损耗,这样能够有效降低声波在材料表面处的反射,提高材料整体的吸声效率，另外，空腔结构的存在也会改变覆盖层内部的声波的传递路径，也能提升覆盖层的吸声性能，从而实现水下目标的声隐身性能，保证水下航行器的航行安全。

Description

一种基于阻抗渐变型的组合空腔型声学覆盖层
技术领域
本发明涉及涉及的是一种减振降噪领域的装置，具体是一种基于阻抗渐变型的组合空腔型声学覆盖层。
背景技术
声学覆盖层是敷设水下航行器壳体表面用来吸收声信号的一种声学材料。传统的声学覆盖层多以橡胶为代表的纯聚合物作为覆盖层的主要材料。同时，也有很多研究在橡胶层中添加组合空腔形成组合空腔型声学覆盖层。相较于单纯的纯聚合物覆盖层结构，空腔型覆盖层由于空腔结构的存在，改变了声波在覆盖层中传播路径，使得声能量能更多地被吸收。传统的覆盖层多为单一橡胶构成的单阻抗型层结构，而本发明采用的覆盖层结构是多层不同阻抗橡胶材料组合而成的阻抗渐变型覆盖层，同时还结合了传统的组合空腔，从而改善覆盖层的吸声性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于阻抗渐变型的组合空腔型声学覆盖层，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：一种基于阻抗渐变型的组合空腔型声学覆盖层，其特征在于：该将传统覆盖层的组合空腔结构与阻抗渐变型覆盖层相结合，外层的覆盖层阻抗与水介质特性阻抗更为接近，使得入射到覆盖层外表面的声能量能够更多地进入覆盖层内部，并随材料的厚度增大逐步增大对声波的损耗,这样能够有效降低声波在材料表面处的反射,提高材料整体的吸声效率，另外，空腔结构的存在也会改变覆盖层内部的声波的传递路径，也能提升覆盖层的吸声性能，从而实现水下目标的声隐身性能，保证水下航行器的航行安全。优选的，所述覆盖层是多层橡胶组成，每层橡胶层的特性阻抗由上及下逐渐增大；每层橡胶层有周期性组合空腔结构，空腔结构可以但不限于是球体-柱体的组合，或者球体-正方体的组合；声波由水介质垂直入射到覆盖层表面。
优选的，所述覆盖层可以为但不限于是以下两种形式中的任意一种：
（a）覆盖层是由多层阻抗不同的橡胶材料组合而成。每一橡胶层中都设计有一周期性水平排列的组合空腔，该组合空腔为圆柱-方柱组合空腔，而每一层橡胶的阻抗值由上及下逐渐增加；
（b）覆盖层的每一橡胶层中都设计有一周期性水平排列的组合空腔，该组合空腔为椭圆柱-六边形柱组合空腔；而每一层橡胶的阻抗值由上及下逐渐增加。
本发明的吸声性能的机理简述如下：
（1）阻抗渐变。阻抗渐变型声学覆盖层通常是采用阻抗渐变材料组成的梯度复合材料。一般而言，阻抗渐变通常是使得覆盖层的与外部水介质接触的上表面的等效阻抗与水介质的特性阻抗匹配,并随材料的厚度增大，使得材料的特性阻抗逐步增大以增加对声波的能量损耗。因为上层材料的特性阻抗与水介质相匹配，能够使得更多的声能量进入到覆盖层内部，这样能够有效降低声波在材料表面处的反射,而中下层材料的高的损耗性能则对于进入覆盖层的能量能更多地吸收，以此来提高材料整体的吸声效率。
（2）空腔谐振原理。通过在均质吸声材料内部引入诸如球形、圆柱形等不同横截面形状的空腔结构的吸声覆盖层，它主要利用孔腔谐振、波形转换以及高分子材料的本征特性来实现对声波的有效吸收。而本发明采用的是不同形状空腔的组合，这相较于单一类型的空腔结构，能够较大程度地改变声波在覆盖层内部的传播路径，从而增大声波能量的损耗；另外，不同形状空腔之间的耦合作用，也会增加覆盖层的吸声性能。
（3）本发明一种基于阻抗渐变型的组合空腔声学覆盖层，将上述吸声机理（1）和（2）有机地结合在一起，从而得到了一种吸声性能更好的吸声覆盖层。
附图说明
图1(A)为本发明基于阻抗渐变型的组合空腔型声学覆盖层的横截面示意图，图中空腔组合为圆柱-方形柱组合空腔。
图1(B)为本发明基于阻抗渐变型的组合空腔型声学覆盖层的立体示意图，整体覆盖层是由5层不同阻抗材料构成。
图2(A)为本发明基于阻抗渐变型的组合空腔型声学覆盖层的横截面示意图，图中空腔组合为椭圆柱-六边形形柱组合空腔。。
图2(B)为本发明基于阻抗渐变型的组合空腔型声学覆盖层的立体示意图，整体覆盖层是由7层不同阻抗材料构成。
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：一种基于阻抗渐变型的组合空腔型声学覆盖层，其创新之处在于将传统覆盖层的组合空腔结构与阻抗渐变的声学覆盖层相结合，从而使得覆盖层能更多地吸收垂直入射到覆盖层表面的平面波能量，从而实现水下目标的声隐身性能，保证水下航行器的航行安全。
本发明在以本发明的保护不限于下述的实施例。
实施例1
如图1（A）所示，本实施例中，周期性单元基体材料是一般橡胶，单元内部有周期性排列的圆柱-方柱组合空腔。本实施例中的基体材料的材料参数变化时，其整体结构的吸声性能也会随之变化。本实施例子中，圆柱空腔和方柱空腔的体积改变或者两者体积的相对大小改变时，会改变声波在覆盖层内的传播路径，从而改变覆盖层的吸声性能。本实施例中5层基体材料的特性阻抗是由上到下逐渐增加的，每层覆盖层阻抗的相对变化值也会影响覆盖层的吸声性能。
实施例2
如图2（A）所示，本实施例中，基体材料同实施例1。本实施例子中，单元内部有周期性排列的椭圆柱-六边形柱组合空腔。同实施例1，基体材料参数的变化，两种空腔的体积以及它们的相对体积变化，7层基体材料的特性阻抗的相对变化，都会影响覆盖层整体的吸声性能。
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 (3)

1.一种基于阻抗渐变型的组合空腔型声学覆盖层，其特征在于：该将传统覆盖层的组合空腔结构与阻抗渐变型覆盖层相结合，外层的覆盖层阻抗与水介质特性阻抗更为接近，使得入射到覆盖层外表面的声能量能够更多地进入覆盖层内部，并随材料的厚度增大逐步增大对声波的损耗,这样能够有效降低声波在材料表面处的反射,提高材料整体的吸声效率，另外，空腔结构的存在也会改变覆盖层内部的声波的传递路径，也能提升覆盖层的吸声性能，从而实现水下目标的声隐身性能，保证水下航行器的航行安全。
2.根据权利要求1所述一种基于阻抗渐变型的组合空腔型声学覆盖层，其特征在于：所述覆盖层是多层橡胶组成，每层橡胶层的特性阻抗由上及下逐渐增大；每层橡胶层有周期性组合空腔结构，空腔结构可以但不限于是球体-柱体的组合，或者球体-正方体的组合；声波由水介质垂直入射到覆盖层表面。
3.根据权利要求1所述一种基于阻抗渐变型的组合空腔型声学覆盖层，其特征在于：所述覆盖层可以为但不限于是以下两种形式中的任意一种：
(a)覆盖层是由多层阻抗不同的橡胶材料组合而成。每一橡胶层中都设计有一周期性水平排列的组合空腔，该组合空腔为圆柱-方柱组合空腔，而每一层橡胶的阻抗值由上及下逐渐增加；
(b)覆盖层的每一橡胶层中都设计有一周期性水平排列的组合空腔，该组合空腔为椭圆柱-六边形柱组合空腔；而每一层橡胶的阻抗值由上及下逐渐增加。
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