CN108891364B - 一种仿蜂巢结构的减阻降噪蒙皮 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的是一种仿蜂巢结构的减阻降噪蒙皮。包括蜂巢式腔体单元和填充基体，蜂巢式腔体单元为六边形腔，填充基体为六边形柱，各蜂巢式腔体单元按仿蜂巢式结构周期排列连接，不同材料的填充基体填充在蜂巢式腔体单元内。本发明采用六边形蜂巢式结构设计，本结构具有良好的力学性能，使蒙皮具有良好的支撑和变形能力；本结构可以更好地利用蒙皮内部空间，并在蒙皮表面自然形成沟槽、凸起，该类表面形貌能够改变蒙皮表面周围的流场，影响湍流的形成与发展，并对二次湍流起到抑制作用，使蒙皮具有良好的减阻效果。本发明是浮筏隔振系统结构和二维声子晶体结构的有益结合，兼具二者在吸能减振和抑制噪声优点，使蒙皮具有良好的降噪效果。

Description

一种仿蜂巢结构的减阻降噪蒙皮
技术领域
本发明涉及一种减阻降噪蒙皮，尤其涉及一种仿蜂巢结构的减阻降噪蒙皮。
背景技术
随着我国经济实力的不断提高，交通运输业迅猛发展。在铁路建设方面，截止到2017年底，我国铁路营业总里程达到12.7万公里，其中高速铁路2.5万公里，中西部地区(含东三省)铁路营业里程达9.7万公里，其中高铁营业里程位居世界第一位。在城市地铁方面，截至2017年底，中国内地累计有34个城市建成投运城轨线路5021.7公里。在汽车方面，截止2017年年底，我国机动车保有量已经突破3.1亿辆，成为世界上最大的汽车消费市场。
在交通运输业发展的同时，导致了能源的快速消耗，能源问题变得越来越严重。据有关数据表明，交通运输成为我国能源消耗的主要因素之一。其中，气动阻力占所有阻力的大部分，因此，降低空气阻力除了可以提高汽车、高铁等自身的经济性外，还可以减少能源的消耗，符合环保的发展趋势。
另外，随着人们生活水平的提高，对汽车、地铁、高铁等交通工具的乘坐环境也要求越来越高，尤其家用汽车方面，乘坐舒适性也越来越重要，其中降低车内风噪也成为了汽车性能的重要指标。
在水下航行器方面，需要更好地快速性和隐身性能，这就对水下航行器在流体减阻和降低噪声方面提出了更高的要求。
发明内容
本发明的目的是为了更好地实现减阻降噪功能而提供一种仿蜂巢结构的减阻降噪蒙皮。
本发明的目的是这样实现的：
一种仿蜂巢结构的减阻降噪蒙皮，包括蜂巢式腔体单元和填充基体，蜂巢式腔体单元为六边形腔，填充基体为六边形柱，各蜂巢式腔体单元按仿蜂巢式结构周期排列连接，不同材料的填充基体填充在蜂巢式腔体单元内。
本发明还包括这样一些特征：
1.所述不同材料的填充基体填充在蜂巢式腔体单元内是指：中间层填充基体的材料密度大于上层与下层填充基体的材料密度。；
2.所述蜂巢式腔体单元的材料为聚氨酯或橡胶；
3.所述填充基体的材料为纤维、硅胶或金属。
本发明提出了一种仿蜂巢结构的减阻降噪蒙皮，该蒙皮采用仿蜂巢结构将具有不同属性的材料按照一定的规律排列组合而成，将蒙皮覆盖于汽车、高铁、地铁、水下航行器等运载工具表面可有效实现减阻和降噪的功能。
本发明为具有减阻和降噪功能的仿蜂巢结构蒙皮，包括蜂巢式腔体单元、填充基体，蜂巢式腔体单元界面采用六边形结构，填充基体可由不同种类的材料制成。将不同种类的填充基体填充入蜂巢式腔体单元内构成蒙皮基本单元，以周期排列等形式对其进行排布并用强力胶粘合，构成仿蜂巢结构的减阻降噪蒙皮。由于采用仿蜂巢式结构，蒙皮表面呈现为波浪状沟槽、凸起。
本发明所述的蜂巢式腔体单元的材料为聚氨酯材料或者橡胶等柔性材料，所述的填充基体的材料为聚氨酯、橡胶、塑料或者纤维等密度、弹性模量参数不同的材料。
本发明所述的蜂巢式腔体单元采用六边形蜂巢结构，整个蒙皮结构由是若干个仿蜂巢式腔体单元排列组合而成，由于采用蜂巢式排列的特殊结构，在蒙皮表面自然形成波浪状沟槽和凸起特征形态。这种特殊的表面形貌可以抑制二次涡流，降低边界过渡区的湍动能，减小摩擦阻力，从而使该蒙皮具有良好的减阻效果。
本发明所述填充基体采用六边形柱体由不同材料制成，这些密度、弹性模量等材料属性不同的填充基体，按照一定规律分布于蒙皮内部。不同材料的填充基体密度不同(中间层基体材料相较于上下两层较大)，从而形成类似浮筏隔振系统结构；而蒙皮内部弹性模量等材料属性的周期排列形式又构成类似二维声子晶体结构，这两种结构有益结合，对噪声和振动起到抑制作用，从而实现蒙皮的降噪功能。
本发明一种用于运载工具的蒙皮结构，包括：蜂巢式腔体单元；填充基体；将不同材料的填充基体按填入蜂巢式腔体单元内，并将其按照周期排列等形式进行排布并粘合；蜂巢式腔体单元采用六边形蜂巢结构，由聚氨酯材料或者橡胶等柔性高分子材料制成；填充基体采用六边形柱体结构，由纤维、硅胶、金属等密度、弹性模量不同的材料制成；本发明将不同材料的填充基体通过材料进行分类填入蜂巢式腔体单元内，以周期排列等形式排布并粘合。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明采用六边形蜂巢式结构设计，本结构具有良好的力学性能，使蒙皮具有良好的支撑和变形能力；本结构可以更好地利用蒙皮内部空间，并在蒙皮表面自然形成沟槽、凸起，该类表面形貌能够改变蒙皮表面周围的流场，影响湍流的形成与发展，并对二次湍流起到抑制作用，使蒙皮具有良好的减阻效果。
2、本发明是浮筏隔振系统结构和二维声子晶体结构的有益结合，兼具二者在吸能减振和抑制噪声优点，使蒙皮具有良好的降噪效果。
3、仿蜂巢结构蒙皮单元中填充基体材料的选择与布置可以根据实际使用环境进行定制，得到具有多种特定结构参数的蒙皮，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减阻降噪功能。
附图说明
图1是是本发明的三维结构示意图，由蜂巢式腔体单元、填充基体组成；
图2是本发明的二维结构侧视图；
图3是图1中蜂巢式腔体二维结构侧视图；
图4是图1中的蜂巢式腔体单元结构示意图；
图5是图1中的填充基体结构示意图；
图6是由蜂巢式腔体单元内填入填充基体组成的蜂巢蒙皮基本单元结构示意图；
图7是本发明一个实施例的减阻特性示意图；
图8是本发明一个实施例的降噪特性示意图；
具体实施方式
下面结合附图1-8与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
如图1、图2所示，本发明所述的一种仿蜂巢结构的减阻降噪蒙皮3，包括蜂巢式腔体单元1、填充基体2。蜂巢式腔体单元1为六边形蜂巢结构，由轻薄而有韧性的聚氨酯材料或者橡胶材料等制成。填充基体2为六边形柱体结构，由纤维、硅胶、金属等密度、弹性模量不同的材料制成。将不同材料的填充基体2通过材料进行分类填入蜂巢式腔体单元1内，以周期排列等形式排列并使用强力胶进行封口。该结构采用仿蜂巢式的结构，使蒙皮具有很好的变形能力和吸振缓冲能力。不同材料的填充基体2的周期性排列结构使本发明兼具浮筏隔振系统结构和二维声子晶体结构在吸能减振和抑制噪声方面的优势，是两者的有益结合。
结合图3，对本发明的其中一种制作方法进行说明。蜂巢式腔体单元1可以通过模具一次制作成型，再将不同材料的填充基体2以有序的周期排列形式填入蜂巢式腔体单元1内并使用强力胶封口，制作成仿蜂巢结构蒙皮3。
结合如图4、图5、图6，对本发明的第二种制作方法进行说明。首先制作蜂巢式腔体单元1，再将填充基体2填入制作成蜂巢蒙皮基本单元3，在蜂巢蒙皮基本单元3通过填充基体2的材料进行分类，再将不同材料的蜂巢蒙皮基本单元3以有序的周期排列形式通过强力胶进行粘贴组合，制作成仿蜂巢结构蒙皮3。
结合图7，对本发明的减阻特性进行说明。仿蜂巢结构蒙皮3覆盖在运载工具壳体8的表面，当运载工具在流体中移动时，仿蜂巢结构蒙皮3对表面的湍流7做出响应，利用蒙皮表面的沟槽、凸起等外形特征，改变了蒙皮表面周围的流场，影响湍流7的形成与发展，并对二次湍流起到抑制作用，从而实现了蒙皮表面减阻的效果。
结合图8，对本发明的降噪特性进行说明。仿蜂巢结构蒙皮3覆盖在运载工具壳体8的表面，运载工具在流体中移动时，表面受到湍流激励9的影响，由于仿蜂巢结构蒙皮3内部结构类似于浮筏隔振系统和声子晶体结构，可以使湍流激励9的能量传递逐渐减弱，降低流体噪声与运载工具壳体8的辐射噪声。利用仿蜂巢结构及不同材料有序排列结构的声学特性，抑制了外部噪声(风阻噪声、主动声呐等)10和内部噪声(机械噪声等)11的反射与透射，从而达到消声、隔声的效果。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，本发明的实施方式并不局限于上述说明，只要是围绕本发明的核心内容，在其基础之上进行一些简单的修改或替换都应视为本发明的保护范围。
综上所述：一种仿蜂巢结构的减阻降噪蒙皮，尤其是能使运载工具在流体中实现减阻和降噪功能。本发明包括蜂巢式腔体单元、填充基体。蜂巢式腔体单元、填充基体均采用六边形仿蜂巢式结构；蜂巢式腔体单元的材料为聚氨酯材料或者橡胶等柔性高分子材料，填充基体的材料为纤维、硅胶、金属等密度、弹性模量不同的材料。将不同的填充基体填入蜂巢式腔体单元内，以周期排列等形式对腔体单元进行排布，并用强力胶进行粘合，制做成具有减阻降噪功能的仿蜂巢结构蒙皮。

Claims (1)

1.一种仿蜂巢结构的减阻降噪蒙皮，其特征是，包括蜂巢式腔体单元和填充基体，蜂巢式腔体单元为六边形腔，填充基体为六边形柱，各蜂巢式腔体单元按仿蜂巢式结构周期排列连接，不同材料的填充基体填充在蜂巢式腔体单元内；所述不同材料的填充基体填充在蜂巢式腔体单元内是指：中间层填充基体的材料密度大于上层与下层填充基体的材料密度；所述蜂巢式腔体单元的材料为聚氨酯或橡胶；所述填充基体的材料为纤维、硅胶或金属。
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