CN109147749B - 一种高吸声率连通形多腔谐振型吸声覆盖层 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高吸声率连通形多腔谐振型吸声覆盖层，其特征在于，包括：匹配层和与其连接的含空气腔弹性阻尼层；所述含空气腔弹性阻尼层内设有多个连通形多腔；所述连通形多腔由左/右弧线绕所述连通形多腔的中心轴旋转而成，所述连通形多腔的中心轴与所述含空气腔弹性阻尼层的厚度方向平行；所述左/右弧线为类正弦型曲线，其各峰值点呈梯度变化。本发明极大地提高了传统空腔谐振型吸声覆盖层的声学性能，连通形多腔结构使得高吸声率连通形多腔谐振型吸声覆盖层表面与水的阻抗达到完美匹配，可以最大限度地吸收入射到水—声学覆盖层界面上的声波能量，使反射最小。

Description

一种高吸声率连通形多腔谐振型吸声覆盖层
技术领域
本发明涉及一种高吸声率连通形多腔谐振型吸声覆盖层，敷设于水下潜器表面，属于吸声降噪设计领域。
背景技术
水下潜器的吸声降噪问题已受到各国高度的重视，目前声学覆盖层技术是目前唯一的既能降低潜器目标强度又能抑制潜器辐射噪声的一项综合性技术。研究的二战中德国海军首次在潜器的外壳上加装一层名为“Alberich(阿尔贝里奇)”的合成橡胶防声材料，这是最早的含短圆柱空腔谐振型声学覆盖层。
经过半个世纪的发展，谐振型吸声覆盖层空腔的形状出现过球形、圆锥形、圆台形和指数形等。例如一种二元嵌入式圆柱空腔吸声覆盖层，圆柱空腔为周期性分布阵列分布。目前，公知的水下谐振型吸声覆盖层以含有指数形空腔的吸声覆盖层运用最广。在现有空腔谐振型声学覆盖层的专利和文献研究中，多数的工作仍针对已有空腔(圆柱形、指数形)吸声覆盖层进行设计，例如文献“Acoustic horns optimization using finite elementsand genetic algorithm”利用有限元和遗传算法对吸声覆盖层的圆台空腔几何结构进行了优化，而吸声覆盖层技术受到空腔结构的影响巨大。
随着水下声纳技术的不断发展，对水下潜器的隐身性能提出了更高的要求，已有的空腔结构不能很好的满足不同频段下高吸声率的需求，因此，设计高吸声率的空腔谐振型声学覆盖层，提出吸声性能更优的空腔结构具有十分重要的意义。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种高吸声率连通形多腔谐振型吸声覆盖层。通过在弹性阻尼层上设计连通形多腔的方式，获得具有高吸声率谐振型吸声覆盖层，最大限度地吸收入射到水—声学覆盖层界面上的声波能量，并将进入弹性阻尼层的声波通过多腔共振和波型转换的方式消耗掉，本发明的空腔拓扑构型经过了谨慎设计，能实现特定频段下吸声效果明显优于已有的空腔谐振型吸声覆盖层。本发明采用的技术手段如下：
一种高吸声率连通形多腔谐振型吸声覆盖层，包括：匹配层和与其连接的含空气腔弹性阻尼层；
所述含空气腔弹性阻尼层内设有多个连通形多腔；
所述连通形多腔由左/右弧线绕所述连通形多腔的中心轴旋转而成，所述连通形多腔的中心轴与所述含空气腔弹性阻尼层的厚度方向平行；
所述左/右弧线为类正弦型曲线，其各峰值点呈梯度变化。
所述连通形多腔呈阵列周期性排列。
所述连通形多腔的腔数可根据所述含空气腔弹性阻尼层的厚度进行调节。
所述左/右弧线的各波谷和波峰到其对应的所述连通形多腔的中心轴之间的距离可根据所述含空气腔弹性阻尼层的孔隙率进行调节。
所述匹配层和所述含空气腔弹性阻尼层的材质为粘弹性材料或超弹性材料。
所述匹配层的厚度小于所述含空气腔弹性阻尼层的厚度，所述匹配层的上表面与水直接接触，所述匹配层的下表面与所述含空气腔弹性阻尼层的上表面粘接，所述含空气腔弹性阻尼层的下表面具有与水下运动体的壳体表面相贴合的连接部，即所述连通形多腔的中心轴垂直于所述匹配层。
所述左/右弧线的各峰值点由所述含空气腔弹性阻尼层的上表面向所述含空气腔弹性阻尼层的下表面呈递增的梯度变化。
所述连通形多腔的上端与所述含空气腔弹性阻尼层的上表面点接触。
保证所述高吸声率连通形多腔谐振型吸声覆盖层可工作在特定声波频段下的高吸声特性体现在：所述连通形多腔的设计不仅使得所述含空气腔弹性阻尼层在声波垂直入射的情况下表现出高的阻尼特性(剪切损耗)，并且通过空腔共振消耗掉更多的声波能量，从而所述高吸声率连通形多腔谐振型吸声覆盖层表现出高吸声率的性能。
本发明由于采用以上技术方案，其具有以下优点：
本发明极大地提高了传统空腔谐振型吸声覆盖层的声学性能，连通形多腔结构使得高吸声率连通形多腔谐振型吸声覆盖层表面与水的阻抗达到完美匹配，可以最大限度地吸收入射到水—声学覆盖层界面上的声波能量，使一次反射最小；
连通形多腔结构使得进入高吸声率连通形多腔谐振型吸声覆盖层的声波发生多次共振，并对声波进行多种散射，使声波声能几乎全部损耗，二次或多次反射为零；
为传统空腔谐振型吸声覆盖层设计提供一种连通形多腔空腔结构，实现特定频段下吸声效果明显优于已有的空腔谐振型吸声覆盖层，具有良好且广泛的应用前景。
基于上述理由本发明可在吸声降噪设计领域等领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的具体实施方式中高吸声率连通形多腔谐振型吸声覆盖层的结构示意图。
图2是图1中I部放大结构示意图。
图3是图2的剖视图。
图4是本发明的具体实施方式中高吸声率连通形多腔谐振型吸声覆盖层与含指数形空腔的谐振型吸声覆盖层在特定频段下的吸声系数随频率变化的曲线对比图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
如图1-图4所示，一种高吸声率连通形多腔谐振型吸声覆盖层，包括：匹配层1和与其连接的含空气腔弹性阻尼层2；
所述含空气腔弹性阻尼层2内设有多个连通形多腔3；
所述连通形多腔3由左/右弧线4绕所述连通形多腔3的中心轴旋转而成，所述连通形多腔3的中心轴与所述含空气腔弹性阻尼层2的厚度方向平行；
所述左/右弧线4为类正弦型曲线，其各峰值点呈梯度变化。
所述连通形多腔3呈阵列周期性排列。
所述连通形多腔3的腔数可根据所述含空气腔弹性阻尼层2的厚度进行调节。
所述左/右弧线4的各波谷和波峰到其对应的所述连通形多腔3的中心轴之间的距离可根据所述含空气腔弹性阻尼层2的孔隙率进行调节。
所述匹配层1和所述含空气腔弹性阻尼层2的材质为粘弹性材料或超弹性材料。
所述匹配层1的厚度小于所述含空气腔弹性阻尼层2的厚度，所述匹配层1的下表面与所述含空气腔弹性阻尼层2的上表面粘接，所述含空气腔弹性阻尼层2的下表面具有与水下运动体的壳体表面相贴合的连接部。
所述左/右弧线4的各峰值点由所述含空气腔弹性阻尼层2的上表面向所述含空气腔弹性阻尼层2的下表面呈递增的梯度变化。
所述连通形多腔3的上端与所述含空气腔弹性阻尼层2的上表面点接触。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种高吸声率连通形多腔谐振型吸声覆盖层，其特征在于，包括：匹配层和与其连接的含空气腔弹性阻尼层；
所述含空气腔弹性阻尼层内设有多个连通形多腔；
所述连通形多腔由左/右弧线绕所述连通形多腔的中心轴旋转而成，所述连通形多腔的中心轴与所述含空气腔弹性阻尼层的厚度方向平行；
所述左/右弧线为类正弦型曲线，所述左/右弧线的各峰值点由含空气腔弹性阻尼层的上表面向含空气腔弹性阻尼层的下表面呈递增变化。
2.根据权利要求1所述的高吸声率连通形多腔谐振型吸声覆盖层，其特征在于：所述连通形多腔呈阵列周期性排列。
3.根据权利要求1所述的高吸声率连通形多腔谐振型吸声覆盖层，其特征在于：所述连通形多腔的腔数可根据所述含空气腔弹性阻尼层的厚度进行调节。
4.根据权利要求1所述的高吸声率连通形多腔谐振型吸声覆盖层，其特征在于：所述左/右弧线的各波谷和波峰到其对应的所述连通形多腔的中心轴之间的距离可根据所述含空气腔弹性阻尼层的孔隙率进行调节。
5.根据权利要求1所述的高吸声率连通形多腔谐振型吸声覆盖层，其特征在于：所述匹配层和所述含空气腔弹性阻尼层的材质为粘弹性材料或超弹性材料。
6.根据权利要求1所述的高吸声率连通形多腔谐振型吸声覆盖层，其特征在于：所述匹配层的厚度小于所述含空气腔弹性阻尼层的厚度，所述匹配层的下表面与所述含空气腔弹性阻尼层的上表面粘接，所述含空气腔弹性阻尼层的下表面具有与水下运动体的壳体表面相贴合的连接部。
7.根据权利要求1所述的高吸声率连通形多腔谐振型吸声覆盖层，其特征在于：所述连通形多腔的上端与所述含空气腔弹性阻尼层的上表面点接触。
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