CN108557043B - 一种具有减阻降噪功能的微浮筏阵列蒙皮 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有减阻降噪功能的微浮筏阵列蒙皮，能使水下航行器实现流体减阻和降噪功能。本发明包括内层蒙皮、外层蒙皮和中间层。内层蒙皮、外层蒙皮由有机高分子材料制成，中间层由若干个微浮筏阵列单元通过阵列形式构成，通过强力胶把中间层固定在薄韧柔性的内层蒙皮和外层蒙皮之间，三者组成具有流体减阻和降噪功能的微浮筏阵列蒙皮。

Description

一种具有减阻降噪功能的微浮筏阵列蒙皮
技术领域
本发明涉及一种水下航行器蒙皮，尤其涉及一种具有减阻降噪功能的微浮筏阵列蒙皮，能使水下航行器实现流体减阻降噪功能。
背景技术
军事行动中涉及的水下航行器需要有更高的快速性和隐身性能，快速性主要依靠减小流体阻力，隐身性能则依靠降低噪声躲避被动声呐和吸收声波躲避主动声呐。
为了减小水下航行器自身噪声，常采用浮筏减振系统，可以用于船舶舱室内动力装置减振降噪，能够极大抑制系统中振动能量的传递。为了减小流体阻力，可以采用仿生柔性表面流体减阻降噪技术，研究人员主要从海豚的身体形态、游动姿态、皮肤分泌物以及皮肤的组织结构和力学性能等方面寻找有效的流体减阻降噪方法。而近年来，水下航行器表面覆盖层的减阻降噪特性成为了研究热点，通过理论分析、数值计算与实验相结合的方法进行研究，得到具有良好减阻降噪性能的覆盖层结构，这也是实现流体减阻降噪的有效手段。消声瓦技术是当前实现水下航行器消声功能的主要手段，通过研究消声瓦的材料、结构及其声学特性，可以抑制潜艇结构振动、降低潜艇辐射噪声与目标强度。
目前水下航行器流体减阻降噪主要是采用了仿生柔性表面、表面覆盖层及消声瓦技术，但在这两个方面无法很好兼顾，即具有较好流体减阻的结构，不能较好实现消声；具有良好声隐效果的结构(如消声瓦)，不能较好地实现流体减阻。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种具有减阻降噪功能的微浮筏阵列蒙皮，兼具类海豚皮肤结构及消声瓦功能，可以很好地实现水下航行器在流体中的减阻和降噪。
本发明的目的是这样实现的：包括内层蒙皮、外层蒙皮、设置在内层蒙皮和外层蒙皮之间的中间层，所述中间层由微浮筏阵列单元阵列构成，且每个微浮筏阵列单元包括一个质量块、分别设置在质量块上表面和下表面的弹簧阻尼元件。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.所述分别设置在分别设置在质量块上表面和下表面的弹簧阻尼元件至少有六个，且上表面和下表面的数量相等。
2.所述分别设置在分别设置在质量块上表面和下表面的弹簧阻尼元件有八个。
3.内层蒙皮、外层蒙皮均为薄韧柔性减阻降噪壁面，且由有机高分子材料制成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明能使水下航行器实现流体减阻和降噪功能。本发明包括内层蒙皮、外层蒙皮和中间层。内层蒙皮、外层蒙皮由有机高分子材料制成，中间层由若干个微浮筏阵列单元通过阵列形式构成，通过强力胶把中间层固定在薄韧柔性的内层蒙皮和外层蒙皮之间，三者组成具有流体减阻和降噪功能的微浮筏阵列蒙皮。
具体优点伟：1、微浮筏阵列单元与上下两层薄韧蒙皮所构成的柔性结构能够对湍流激励做出响应，影响蒙皮表面周围的流场，抑制湍流的形成与发展，对湍流相干结构产生控制作用，从而实现流体减阻功能。2、微浮筏阵列单元结构本身对于振动弹性波具有直接强烈衰减作用，同时，对于湍流对水下航行器表面产生的激励及其引发的壳体振动亦有较强的抑制作用，从而实现流体降噪功能。3、本发明是对海豚皮肤结构的一种机理模仿，上下两层的薄韧柔性壁面相当于海豚的表皮层，而中间的微浮筏阵列结构能够较好地模仿表皮层的突起与皮下脂肪层的变形。通过对微浮筏阵列单元阵列，能够构成不同形式的的周期、准周期等结构，从而使其具有不同的抑噪频带和带宽，据此可实现消音(声隐)功能。4、微浮筏阵列单元的刚度、阻尼和质量等参数依可以根据实际使用环境进行制定，得到具有多种特定结构参数的蒙皮结构，对使用环境有着更好地适应性和多变性，从而可以更好地实现流体减阻和降噪功能。
本发明很好地解决了水下航行器减阻和降噪兼容性不好的问题，使水下航行器具有更高的快速性和更好的隐身性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中的内层蒙皮、外层蒙皮结构示意图；
图3是图1中的单个微浮筏阵列单元结构示意图；
图4是本发明的减阻特性示意图；
图5是本发明的降噪特性示意图；
图中1.内层蒙皮，2.外层蒙皮，3.微浮筏阵列单元，4.质量块，5.弹簧阻尼元件，6.微浮筏阵列蒙皮，7.水下航行器壳体，8.湍流，9.湍流激励，10.外部噪声(主动声呐等)，11.舱室内部噪声(机械噪声等)。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，本发明所述的一种具有减阻降噪功能的微浮筏阵列蒙皮，包括内层蒙皮1、外层蒙皮2和若干微浮筏阵列单元3构成的中间层，中间层结构固定在内层蒙皮和外层蒙皮之间，三者组成的蒙皮覆盖在运载工具表面。
如图1、图2所示，内层蒙皮1、外层蒙皮2为薄韧柔性减阻降噪壁面，材质结构一致，可以由有机高分子材料制成，如富有韧性、质地轻薄的聚氨酯薄膜，其阻抗特性与水相近，既能起到支承整个蒙皮结构的作用，又能对外部声波的入射产生梯度材料效应。中间层由若干个微浮筏阵列单元3通过阵列形式构成，阵列方式可以通过线性阵列组成规则排列，也可以通过非线性阵列组成不规则排列，具体阵列形式可以根据使用环境进行制定。最后，通过强力胶把中间层固定在薄韧柔性的内层蒙皮1和外层蒙皮2之间，三者组成具有流体减阻和降噪功能的微浮筏阵列蒙皮。
结合图3，对微浮筏阵列单元3结构组成进行详细说明。微小化的微浮筏阵列单元由质量块和布置在质量块上下面的若干弹簧阻尼元件组成。若干弹簧阻尼元件通过强力胶固定在立方体质量块的上下面。质量块由金属类材料制成，如铝合金等，弹簧阻尼元件由橡胶等材料制成。
具体的，本发明的微浮筏阵列单元3由1个质量块4和8个弹簧阻尼元件5组成，质量块4为立方体结构，由铝合金等金属类材料制成；弹簧阻尼元件5由橡胶等材料制成。8个弹簧阻尼元件5分为两组，每组4个，通过强力胶分别对称均布安装在质量块4的上下两个面上。其中，单个微浮筏阵列单元3中的弹簧阻尼元件5数量不局限于8个，具体数量可以根据实际使用环境进行制定。
结合图4，对本发明的减阻特性进行说明。微浮筏阵列蒙皮6覆盖在水下航行器壳体7的表面。当水下航行器在水中工作时，微浮筏阵列蒙皮6对湍流8做出响应，影响蒙皮表面周围的流场，抑制了湍流8的形成与发展，从而对湍流相干结构产生了控制作用，从而实现了减阻的效果。
结合图5，对本发明的降噪特性进行说明。微浮筏阵列蒙皮6覆盖在水下航行器壳体7的表面，航行器在水中工作时受到湍流激励9的影响，微浮筏阵列蒙皮6利用微浮筏阵列单元3削弱湍流激励9的能量传递，从而降低流噪声与水下航行器壳体7振动声辐射噪声。利用微浮筏阵列特有结构及材料构成的声学特性，抑制了外部噪声(主动声呐等)10和舱室内部噪声(机械噪声等)11的反射与透射，从而达到消声、隔声的效果。
需要特别说明的是，本发明中的微浮筏阵列单元的相关参数(刚度、阻尼和质量等)可以根据实际使用环境进行制定，得到具有多种特定结构参数的蒙皮结构，对使用环境有着更好地适应性和多变性，从而可以更好地实现流体减阻和降噪功能。
综上，本发明将浮筏减振系统的结构进行微小化并构成单元阵列，将其应用在水下航行器的表面，利用微小化的浮筏阵列结构与薄韧柔性壁，构建出一种新颖的用于流体减阻和降噪的微浮筏阵列蒙皮。本发明是对海豚皮肤结构的一种机理模仿，与海豚皮肤结构一致，采用三层结构，由内层蒙皮、外层蒙皮和中间层组成。内层蒙皮和外层蒙皮材质、结构一致，都由有机高分子材料制成，如聚氨酯材料等，其阻抗特性与水相近，既能起到支承整个蒙皮结构的作用，又能对外部声波的入射产生梯度材料效应。中间层由若干个微浮筏阵列单元通过阵列形式构成，阵列方式可以通过线性阵列组成规则排列，也可以通过非线性阵列组成不规则排列，具体阵列形式可以根据使用环境进行制定。微浮筏阵列单元由1个质量块和8个弹簧阻尼元件组成，质量块为立方体结构，由铝合金等金属类材料制成；弹簧阻尼元件由橡胶等材料制成。8个弹簧阻尼元件分为两组，每组4个，通过强力胶分别对称均布安装在质量块的上下两个面上。其中，单个微浮筏阵列单元中的弹簧阻尼元件数量不局限于8个，具体数量可以根据实际使用环境进行制定。最后，通过强力胶把中间层固定在薄韧柔性的内层蒙皮和外层蒙皮之间，三者共同组成具有流体减阻和降噪功能的微浮筏阵列蒙皮。

Claims (2)

1.一种具有减阻降噪功能的微浮筏阵列蒙皮，其特征在于：包括内层蒙皮、外层蒙皮、设置在内层蒙皮和外层蒙皮之间的中间层，所述中间层由微浮筏阵列单元阵列构成，且每个微浮筏阵列单元包括一个质量块、分别设置在质量块上表面和下表面的弹簧阻尼元件，中间层的微浮筏阵列单元可以通过线性阵列组成规则排列，也可以通过非线性阵列组成不规则排列；所述分别设置在质量块上表面和下表面的弹簧阻尼元件至少有六个，且上表面和下表面的数量相等；内层蒙皮、外层蒙皮均为薄韧柔性减阻降噪壁面，且由有机高分子材料制成。
2.根据权利要求1所述的一种具有减阻降噪功能的微浮筏阵列蒙皮，其特征在于：所述分别设置在质量块上表面和下表面的弹簧阻尼元件有八个。
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