CN110307289B - 一种基于沙丘形态控制的微浮筏流体减阻降噪蒙皮 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于沙丘形态控制的微浮筏流体减阻降噪蒙皮，涉及一种减阻降噪蒙皮。本发明包括内表皮、外表皮和微浮筏单元；微浮筏单元是微小化的浮筏减振系统，将微浮筏单元阵列排布于内外两表皮之间，高阻尼刚度微浮筏单元呈新月形排布组成高阻尼刚度带，低阻尼刚度微浮筏单元组成低阻尼刚度带，将该中间层与内外两层表皮粘合。外表皮工作时呈新月形沙丘结构，该结构可抑制二次湍流，降低湍流动能，减小摩擦力，还可根据流速等参数智能地调节沙丘形态以及沙丘之间的距离得到多种特定结构参数，对使用环境有更好的应变性，从而更好地实现减阻功能。微浮筏单元通过阵列形式构成中间层的结构使本发明具有在吸能减振和抑制噪声方面的优势。

Description

一种基于沙丘形态控制的微浮筏流体减阻降噪蒙皮
技术领域：
本发明涉及一种减阻降噪蒙皮，特别是涉及一种基于沙丘形态控制的智能微浮筏流体减阻降噪蒙皮。
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，截至2018年底，我国铁路营业总里程达13.1万公里，规模居世界第二；其中高速铁路近3万公里，位居世界第一。在城市地铁方面，截至2019年4月，中国累计已有38个城市建成投运城轨线路5638.4公里。在汽车方面，公安部交通管理局2018年7月16日发布，截至6月底，全国机动车保有量达3.19亿辆，我国已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。具有关数据表明，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、地铁等交通工具的乘坐环境也要求越来越高，尤其在家用汽车方面，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：
本发明的目的是更好地实现减阻降噪功能而提供一种基于沙丘形态控制的智能微浮筏流体减阻降噪蒙皮。
本发明的目的是这样实现的：
一种基于沙丘形态控制的智能微浮筏流体减阻降噪蒙皮，包含外层薄韧柔性表皮、内层薄韧柔性表皮、微浮筏单元；外层薄韧柔性表皮和内层薄韧柔性表皮之间为若干个微浮筏单元填充的中间层；微浮筏单元分别与外层薄韧柔性表皮和内层薄韧柔性表皮粘合。
所述的外层薄韧柔性表皮和内层薄韧柔性表皮为热塑性聚氨酯薄膜。
所述的微浮筏单元包含若干个上弹性阻尼元件，若干个质量块，若干个下弹性阻尼元件；上弹性阻尼元件固定在质量块上表面，下弹性阻尼元件固定在质量块下表面。
所述的微浮筏单元的上弹性阻尼元件和下弹性阻尼元件为由弹性材料制成的圆柱体。
所述的微浮筏单元的质量块为由金属或合金制成的六面体。
所述的微浮筏单元排布成阵列，其中一部分微浮筏单元排布成若干个新月形，组成若干个高阻尼刚度带，其余微浮筏单元组成低阻尼刚度带。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明所述的中间层采用微浮筏单元的阵列结构，即高阻尼刚度的微浮筏单元呈新月形排布组成高阻尼刚度带，其它低阻尼刚度的微浮筏单元组成低阻尼刚度带。这种基于沙丘形态控制的结构可以抑制二次湍流，降低边界层过渡区的湍流动能，减小摩擦阻力，从而使本发明具有良好的减阻效果。
(2)本发明所述微浮筏单元是由浮筏减振系统微小化而来，再将这些微浮筏单元的阵列排布于内外两层薄韧柔性表皮之间，由于采用可以减振的微浮筏单元通过阵列形式构成柔性表皮中间层的结构。这种结构对噪声和振动起到抑制作用，从而实现本发明的降噪功能。
(3)本发明所述的微浮筏单元的弹性阻尼元件的刚度阻尼参数可根据流速等参数智能地调节，高阻尼刚度带和低阻尼刚度带间隔周期也可根据流速等参数智能地调节，从而可以根据使用环境智能地控制新月形沙丘结构的高度以及沙丘之间的距离，得到具有多种特定结构参数的蒙皮，对使用环境有着更好的适应性和多变性，从而可以更好地实现减阻功能。
附图说明：
图1是本发明的三维结构示意图，由微浮筏单元、内外两层表皮组成；
图2是图1中的微浮筏单元三维结构示意图；
图3是图2中微浮筏单元的高低阻尼刚度带分布示意图；
图4是图1工作效果图；
图5是本发明一个实施例的减阻特性示意图；
图6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1-6与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
图1：1-外层薄韧柔性表皮，2-内层薄韧柔性表皮，3-微浮筏单元，4-基于沙丘形态控制的智能微浮流体减阻降噪蒙皮。
图2：5-上弹性阻尼元件，6-质量块，7-下弹性阻尼元件。
图4：8-新月形沙丘形态。
图5：8-新月形沙丘形态，9-湍流，10-运载工具壳体。
图6：8-新月形沙丘形态，11-外部噪声，12-湍流激励，13-内部噪声。
本发明涉及一种减阻降噪蒙皮，尤其涉及一种基于沙丘形态控制的智能微浮筏流体减阻降噪蒙皮。
本发明的目的是更好地实现减阻降噪功能而提供一种基于沙丘形态控制的智能微浮筏流体减阻降噪蒙皮。
本发明的目的是这样实现的：
一种基于沙丘形态控制的智能微浮筏流体减阻降噪蒙皮，包括微浮筏单元和内外两层表皮，具体来讲，内外两层为薄韧柔性表皮，表皮之间则是由若干个微浮筏单元通过阵列形式构成的中间层，其中，高阻尼刚度的微浮筏单元呈新月形排布组成高阻尼刚度带，低阻尼刚度的微浮筏单元组成低阻尼刚度带，这三层结构组成基于沙丘形态控制的智能微浮筏流体减阻降噪蒙皮。
本发明还包括这样一些特征：
1.所述微浮筏单元由浮筏减振系统微小化而成。
2.所述微浮筏单元的质量块采用铝合金，质量块上下各有4个弹簧阻尼元件，弹簧阻尼元件采用天然橡胶材料制成。
3.所述微浮筏单元的弹性阻尼元件的刚度阻尼参数可根据流速等参数智能地调节。
4.所述高阻尼刚度带和低阻尼刚度带的间隔周期可根据流速等参数智能地调节。
5.外层和内层的薄韧柔性表皮采用热塑性聚氨酯(TPU)薄膜。
本发明提出了一种基于沙丘形态控制的智能微浮筏流体减阻降噪蒙皮，本发明采用微浮筏单元的阵列结构将高阻尼刚度的微浮筏单元呈新月形排布组成高阻尼刚度带，其它低阻尼刚度的微浮筏单元组成低阻尼刚度带。将本发明覆盖于汽车、高铁、水下航行器等运载工具表面可有效实现减阻和降噪功能。
本发明为具有减阻降噪功能的基于沙丘形态控制的智能微浮筏流体减阻降噪蒙皮。包括微浮筏、内表皮和外表皮，微浮筏单元由浮筏减振系统微小化而来，微浮筏单元的质量块采用铝合金材料制成，上弹性阻尼元件和下弹性阻尼元件采用天然橡胶材料制成，外层薄韧柔性表皮和内层薄韧柔性表皮采用热塑性聚氨酯(TPU)材料制成。将微浮筏单元阵列排布，其中，高阻尼刚度的微浮筏单元呈新月形排布组成高阻尼刚度带，其它低阻尼刚度的微浮筏单元组成低阻尼刚度带，用冷粘法将每个微浮筏单元的上弹性阻尼元件固定在外层薄韧柔性表皮上，将每个微浮筏单元的下弹性阻尼元件固定在内层薄韧柔性表皮上。由于采用新月形沙丘形状布置高阻尼刚度微浮筏单元，所以当流体在本发明上方流过时，本发明表面呈现为新月形沙丘结构。
本发明所述的微浮筏单元质量块材料为铝合金，质量块有4个上弹性阻尼元件和4个下弹性阻尼元件，上弹性阻尼元件和下弹性阻尼元件的材料为天然橡胶，所述的内层薄韧柔性表皮和外层薄韧柔性表皮的材料为热塑性聚氨酯(TPU)。
本发明所述的微浮筏单元采用阵列结构将高阻尼刚度的微浮筏单元呈新月形排布组成高阻尼刚度带，其它低阻尼刚度的微浮筏单元组成低阻尼刚度带，微浮筏单元的上弹性阻尼元件和下弹性阻尼元件的刚度阻尼参数可根据流速等参数智能地调节，所述高阻尼刚度带和低阻尼刚度带的间隔周期也可根据流速等参数智能地调节，从而可以智能地控制新月形沙丘结构的高度以及沙丘之间的距离。这种基于沙丘形态控制的智能结构可以抑制二次湍流，降低边界层过渡区的湍流动能，减小摩擦阻力，从而使本发明具有良好的减阻效果。
本发明所述微浮筏单元是由浮筏减振系统微小化而来，再将这些微浮筏单元阵列排布于内层薄韧柔性表皮和外层薄韧柔性表皮之间，由于采用可以减振的微浮筏单元通过阵列形式构成柔性壁面中间层的结构。这种结构能有效减小湍流边界层中脉动压力引起的流噪声以及脉动压力激励结构振动产生的流致噪声从而实现本发明的降噪功能。
本发明可以用于运载工具，包括：微浮筏单元；内层薄韧柔性表皮和外层薄韧柔性表皮；微浮筏单元由浮筏减振系统微小化而来，高阻尼刚度的微浮筏单元呈新月形排布组成高阻尼刚度带，其余低阻尼刚度的微浮筏单元组成低阻尼刚度带。将微浮筏单元阵列排布于内层薄韧柔性表皮和外层薄韧柔性表皮之间，并将其与内层薄韧柔性表皮和外层薄韧柔性表皮粘合；微浮筏单元的质量块由铝合金材料制成；上弹性阻尼元件和下弹性阻尼元件由天然橡胶材料制成；内层薄韧柔性表皮和外层薄韧柔性表皮由热塑性聚氨酯(TPU)材料制成；本发明将浮筏减振系统微小化为微浮筏单元，并将微浮筏单元阵列排布，由高阻尼刚度微浮筏单元组成的高阻尼刚度带和由低阻尼刚度微浮筏单元组成的低阻尼刚度带互相交错，并与内层薄韧柔性表皮和外层薄韧柔性表皮采用冷粘法固定。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明所述的中间层采用阵列微浮筏结单元构，即高阻尼刚度的微浮筏单元呈新月形排布组成高阻尼刚度带，其它低阻尼刚度的微浮筏单元组成低阻尼刚度带。这种基于沙丘形态控制的结构可以抑制二次湍流，降低边界层过渡区的湍流动能，减小摩擦阻力，从而使本发明具有良好的减阻效果。
2.本发明所述微浮筏单元是由浮筏减振系统微小化而来，再将这些微浮筏单元阵列排布于内层薄韧柔性表皮和外层薄韧柔性表皮之间，由于采用可以减振的微浮筏单元通过阵列形式构成内层薄韧柔性表皮和外层薄韧柔性表皮之间中间层的结构。这种结构对噪声和振动起到抑制作用，从而实现本发明的降噪功能。
3.本发明所述微浮筏单元的上弹性阻尼元件和下弹性阻尼元件的刚度阻尼参数可根据流速等参数智能地调节，高阻尼刚度带和低阻尼刚度带间隔周期也可根据流速等参数智能地调节，从而可以根据使用环境智能地控制新月形沙丘结构的高度以及沙丘之间的距离，得到具有多种特定结构参数的蒙皮，对使用环境有着更好的适应性和多变性，从而可以更好地实现减阻功能。
本发明进一步描述如下：一种基于沙丘形态控制的智能微浮筏流体减阻降噪蒙皮，包括内层薄韧柔性表皮和外层薄韧柔性表皮和微浮筏单元，其中，微浮筏单元阵列排布于内层薄韧柔性表皮和外层薄韧柔性表皮之间，并与内层薄韧柔性表皮和外层薄韧柔性表皮粘合。内层薄韧柔性表皮和外层薄韧柔性表皮采用热塑性聚氨酯(TPU)薄膜。微浮筏单元由浮筏减振系统微小化而来。微浮筏单元质量块是由铝合金材料制成的六面体；上弹性阻尼元件和下弹性阻尼元件是由天然橡胶材料制成的圆柱体。高阻尼刚度的微浮筏呈新月形排布组成高阻尼刚度带，其余低阻尼刚度的微浮筏单元组成低阻尼刚度带。微浮筏单元的上弹性阻尼元件和下弹性阻尼元件的刚度阻尼参数可根据流速等参数智能地调节。高阻尼刚度带与低阻尼刚度带之间的距离即间隔周期，可根据流速等参数智能地调节。
如图1所示，本发明所述的一种基于沙丘形态控制的智能微浮筏流体减阻降噪蒙皮4，包括外层薄韧柔性表皮1、内层薄韧柔性表皮2，以及微浮筏单元3。内层薄韧柔性表皮和外层薄韧柔性表皮由热塑性聚氨酯(TPU)材料制成。微浮筏单元3由浮筏减振系统微小化而来，其中，微浮筏单元3质量块由铝合金材料制成；上弹性阻尼元件和下弹性阻尼元件由天然橡胶材料制成。将不同阻尼刚度的微浮筏单元3阵列排布于内层薄韧柔性表皮和外层薄韧柔性表皮之间，并且，高阻尼刚度的微浮筏单元3呈新月形排布组成高阻尼刚度带，其它低阻尼刚度的微浮筏单元3组成低阻尼刚度带。将微浮筏单元3阵列排布于内层薄韧柔性表皮和外层薄韧柔性表皮之间，并将其与内层薄韧柔性表皮和外层薄韧柔性表皮粘合。该结构采用基于沙丘形态的结构，使本发明具有良好的减阻效果。可以减振的微浮筏单元3通过阵列形式构成内层薄韧柔性表皮和外层薄韧柔性表皮之间中间层的结构使本发明具有浮筏隔振系统结构在吸能减振和抑制噪声方面的优势。
结合图2，图3，对本发明的制作方法进行说明。微浮筏单元3的质量块6和上弹性阻尼元件5、下弹性阻尼元件7由模具一次制作成型，将4个上弹性阻尼元件5用强力胶固定在质量块6上，再将4个下弹性阻尼元件7用强力胶固定在质量块6上，从而制成微浮筏单元3。将阻尼大小不同的微浮筏单元3如图3形式阵列排布成中间层，再将中间层下弹性阻尼元件7用冷粘法固定在内层薄韧柔性表皮2上，最后将外层薄韧柔性表皮1覆盖在中间层上，并将其用冷粘法与中间层的上弹性阻尼元件5固定，最终制作成基于沙丘形态控制的智能微浮筏流体减阻降噪蒙皮4。
结合图3、图4、图5，对本发明的减阻特性进行说明。基于沙丘形态控制的智能微浮筏流体减阻降噪蒙皮4覆盖在运载工具壳体10的表面，当运载工具在流体中移动时，基于沙丘形态控制的智能微浮筏流体减阻降噪蒙皮4呈现出图4所示的状态，即其表面形成类似于新月形沙丘形态8，这种形态改变了本发明表面周围的流场，影响了湍流9的形成与发展，并对二次湍流起到抑制作用，从而实现了本发明表面减阻的效果。同时，由于微浮筏单元3的上弹性阻尼元件5、下弹性阻尼元件7的刚度阻尼参数可根据流速等参数智能地调节，高阻尼刚度带和低阻尼刚度带间隔周期也可根据流速等参数智能地调节，从而可以根据使用环境智能地控制新月形沙丘结构的高度以及沙丘之间的距离，得到具有多种特定结构参数的蒙皮，对使用环境有着更好的适应性和多变性，从而可以更好地实现减阻功能。
结合图6，对本发明的降噪特性进行说明，基于沙丘形态控制的智能微浮筏流体减阻降噪蒙皮4覆盖在运载工具壳体10的表面，运载工具在流体中移动时，表面受到湍流激励12的影响，由于基于沙丘形态控制的智能微浮筏流体减阻降噪蒙皮4采用微浮筏减振单元通过阵列形式构成的柔性表皮中间层的结构，这种结构能有效减小湍流9引起的流噪声以及湍流激励12引起结构振动产生的流致噪声，抑制外部噪声(外置发动机噪声、主动声呐等)11和内部噪声(机械噪声等)13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。
本发明可以是一种基于沙丘形态控制的智能微浮筏流体减阻降噪蒙皮，尤其是能使运载工具在流体中实现减阻和降噪功能。本发明包括内层薄韧柔性表皮、外层薄韧柔性表皮、微浮筏单元。内层薄韧柔性表皮和外层薄韧柔性表皮都采用热塑性聚氨酯(TPU)材料制成；微浮筏单元由浮筏减振系统微小化而来，其质量块由铝合金材料制成，上弹性阻尼元件和下弹性阻尼元件由天然橡胶材料制成。将微浮筏单元阵列排布制成中间层，其中，高阻尼刚度的微浮筏单元组成高阻尼刚度带，其它低阻尼刚度的微浮筏单元组成低阻尼刚度带，最终将中间层与内层薄韧柔性表皮和外层薄韧柔性表皮用冷粘法固定，制作成具有基于沙丘形态控制的智能微浮筏流体减阻降噪蒙皮。
综上所述：本发明提供一种基于沙丘形态控制的智能微浮筏流体减阻降噪蒙皮。包括内层薄韧柔性表皮、外层薄韧柔性表皮和微浮筏单元，微浮筏单元由浮筏减振系统微小化而来，将微浮筏单元阵列排布于内层薄韧柔性表皮和外层薄韧柔性表皮之间，高阻尼刚度的微浮筏单元呈新月形排布组成高阻尼刚度带，低阻尼刚度的微浮筏单元组成低阻尼刚度带，将该中间层与内层薄韧柔性表皮和外层薄韧柔性表皮粘合。外层薄韧柔性表皮工作时呈新月形沙丘结构，该结构可抑制二次湍流，降低湍流动能，减小摩擦力，还可根据流速等参数智能地调节新月形沙丘形态以及沙丘之间的距离得到多种特定结构参数的蒙皮，对使用环境有更好的应变性，从而更好地实现减阻功能。微浮筏单元通过阵列形式构成中间层的结构使本发明具有浮筏隔振系统在吸能减振和抑制噪声方面的优势。

Claims (3)

1.一种基于沙丘形态控制的微浮筏流体减阻降噪蒙皮，包含外层薄韧柔性表皮(1)、内层薄韧柔性表皮(2)、微浮筏单元(3)；其特征在于：微浮筏单元(3)分别与外层薄韧柔性表皮(1)和内层薄韧柔性表皮(2)粘合，并阵列分布于外层薄韧柔性表皮(1)和内层薄韧柔性表皮(2)之间，微浮筏单元(3)包含若干个上弹性阻尼元件(5)，若干个质量块(6)，若干个下弹性阻尼元件(7)；上弹性阻尼元件(5)固定在质量块(6)上表面，下弹性阻尼元件(7)固定在质量块(6)下表面，其中高阻尼刚度弹性元件的微浮筏单元(3)排布成若干个新月形，组成若干个高阻尼刚度带，其余低阻尼刚度弹性元件的微浮筏单元(3)组成低阻尼刚度带，并且在实际工况下，蒙皮表面呈新月形沙丘形态。
2.根据权利要求1所述的基于沙丘形态控制的微浮筏流体减阻降噪蒙皮，其特征在于：所述的外层薄韧柔性表皮(1)和内层薄韧柔性表皮(2)为热塑性聚氨酯薄膜。
3.根据权利要求1所述的基于沙丘形态控制的微浮筏流体减阻降噪蒙皮，其特征在于：所述的微浮筏单元(3)的上弹性阻尼元件(5)和下弹性阻尼元件(7)为由弹性材料制成的圆柱体。
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