CN110444188B - 一种水下穿孔混合空腔结构声学覆盖层 - Google Patents

一种水下穿孔混合空腔结构声学覆盖层 Download PDF

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Abstract

本发明属于吸声降噪领域，并具体公开了一种水下穿孔混合空腔结构声学覆盖层。包括设于水下运动壳体表面的弹性阻尼层以及覆盖在弹性阻尼层上表面的封孔层，弹性阻尼层包括弹性阻尼本体以及设于弹性阻尼本体内的混合空腔模块，混合空腔模块包括穿孔空腔、多个呈阵列排布的第一隔声小孔和第二隔声小孔，穿孔空腔沿弹性阻尼本体的轴向布置，其包括依次相连接的倒圆台空腔结构和正圆台空腔结构，倒圆台空腔结构的顶面和正圆台空腔结构的顶面连接，每个第一隔声小孔的一端与封孔层连接，另一端与倒圆台空腔结构的底面连接。本发明可有效提高声学覆盖层在高频的隔声量，通过不同孔径空腔的相互配合以有效拓宽隔声覆盖层在高低频的隔声性能。

Description

一种水下穿孔混合空腔结构声学覆盖层
技术领域
本发明属于吸声降噪领域，更具体地，涉及一种水下穿孔混合空腔结构声学覆盖层。
背景技术
声学覆盖层是一种吸声能力很强的潜艇隐身装备，主要用于覆盖在水下潜艇壳体上，抑制壳体振动和吸收敌方主动声纳，降低潜艇的声反射强度，达到减小被探测距离的目的。
目前，声学覆盖层的使用已经专用化，在潜艇壳体的特定区域或频段需要有针对的敷设不用种类的声学覆盖层，这就要求声学覆盖层的材料选择及内部声学结构的设计必须多样化。现有的腔形结构多为简单规则结构，比如圆柱形，球形，锥形或者喇叭形，其隔声效果与不含空腔结构的声学覆盖层相比得到了较大的改善，但是仍存在低频隔声效果不好且在静水压力下会产生较大变形的问题。
专利CN201810267758公开了一种基于多吸声机理的复合型声学覆盖层，该覆盖层将传统声学覆盖层的单层材料改为多孔材料，多孔材料利用材料内部的细微的孔隙，当声波进入到材料内部时，孔隙内会产生黏滞阻力，从而产生摩擦耗能，以实现对进入覆盖层的声能量的损耗作用。另外，基体中所添加的局域共振单元的存在，能够对于某一频率范围的声波起到较强的阻隔的作用，即产生带隙，使得在该频率范围内的声能量得到较大的衰减。空腔结构的存在，改变了声波在覆盖层中的传播路线，加大了声能量的损耗。基于以上三种吸声损耗机理，改善了覆盖层的吸声性能。但是该专利难以实现在低频隔声且在静水压力下会产生较大变形。
因此，本领域亟待提出一种低频段隔声效果好且耐压的腔形结构声学覆盖层。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种水下穿孔混合空腔结构声学覆盖层，其中结合声学覆盖层自身的特征及混合空腔结构降噪的工艺特点，相应设计了一种水下穿孔混合空腔结构声学覆盖层，并对其关键组件如封孔层、混合空腔模块、第一隔声小孔、第二隔声小孔、倒圆台空腔结构和正圆台空腔结构的结构及其具体设置方式进行研究和设计，相应的获得在特定低频频率范围内具有较高隔声量的声学覆盖层，在倒圆台空腔结构顶部的弹性阻尼层中穿孔，以增大空腔有效体积占有率，从而有效提高声学覆盖层在高频的隔声量，通过不同孔径空腔的相互配合以有效拓宽隔声覆盖层在高低频的隔声性能。
为实现上述目的，本发明提出了一种水下穿孔混合空腔结构声学覆盖层，其特征在于，包括设于水下运动壳体表面的弹性阻尼层以及覆盖在弹性阻尼层上表面的封孔层，其中，
所述弹性阻尼层包括弹性阻尼本体以及设于所述性阻尼本体内的混合空腔模块，所述混合空腔模块包括穿孔空腔、多个呈阵列排布的第一隔声小孔以及多个呈阵列排布的第二隔声小孔，所述穿孔空腔沿所述弹性阻尼本体的轴向布置，其包括依次相连接的倒圆台空腔结构和正圆台空腔结构，所述倒圆台空腔结构的顶面和正圆台空腔结构的顶面连接，每个所述第一隔声小孔的一端与所述封孔层连接，另一端与所述倒圆台空腔结构的底面连接，且单个所述第一隔声小孔、倒圆台空腔结构和正圆台空腔结构的轴向长度之和与所述弹性阻尼本体的轴向长度相同，多个所述第二隔声小孔沿所述正圆台的底面外周设置。
作为进一步优选的，所述倒圆台空腔结构与所述正圆台空腔结构为对称结构。
作为进一步优选的，所述第一隔声小孔的直径小于所述倒圆台空腔结构的底面直径，且多个所述第一隔声小孔均设于所述倒圆台空腔结构的底面的正上方。
作为进一步优选的，所述第一隔声小孔的轴向长度小于所述倒圆台空腔结构的轴向长度。
作为进一步优选的，所述第二隔声小孔的直径小于所述正圆台空腔结构的底面直径。
作为进一步优选的，所述第二隔声小孔的横截面为圆形或者多边形；多个所述第二隔声小孔呈周期性的阵列排布，该周期性的阵列为周期性的正方形阵列、周期性的圆形阵列或者周期性的三角形阵列。
作为进一步优选的，所述封孔层直径与所述穿孔空腔最大横截面直径之比通过水下运动壳体的最大隔声量的频段进行调节。
作为进一步优选的，所述封孔层和所述弹性阻尼本体均由粘弹性材料制备而成。
作为进一步优选的，所述封孔层和所述弹性阻尼本体通过粘结剂一体冷压成型。
作为进一步优选的，所述弹性阻尼本体包括依次通过粘结剂一体冷压成型的第一本体和第二本体，多个所述第一隔声小孔及所述倒圆台空腔结构设于所述第一本体内，多个所述第二隔声小孔及所述正圆台空腔结构设于所述第二本体内。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
1.本发明极大地提高了传统空腔谐振型隔声覆盖层的声学性能，基于空腔谐振原理和穿孔结构的共振原理，通过不同孔径空腔的相互配合可以有效地拓宽隔声覆盖层在高低频的隔声性能。在弹性阻尼层顶部和底部靠近水下运动体壳体表面一侧布置孔径较小的第一隔声小孔和第二隔声小孔，可以在有效提高低频的隔声性能的同时保证隔声覆盖层具有良好的耐压性能。本发明声学覆盖层结构简单便于制作。
2.本发明第一隔声小孔的直径小于所述倒圆台空腔结构的底面直径，且多个所述第一隔声小孔均设于所述倒圆台空腔结构的底面的正上方，可以在保证低频的隔声性能的同时提高中高频的隔声性能。
3.本发明第二隔声小孔的直径小于所述正圆台空腔结构的底面直径，且多个所述第二隔声小孔均匀呈圆周设于所述正圆台空腔结构的四周，可以在有效提高低频的隔声性能的同时保证隔声覆盖层具有良好的耐压性能。
4.本发明穿孔空腔由依次相连接的倒圆台空腔结构和正圆台空腔结构组成。通过两个圆台结构的不同直径尺寸之间的相互配合，可以实现在不同低频频率范围内的隔声性能的提高。
附图说明
图1是本发明涉及的一种水下穿孔混合空腔结构声学覆盖层的三维结构示意图；
图2是图1的侧视图；
图3是本发明实施例1所提供的一种水下穿孔混合空腔结构声学覆盖层在特定频率下的隔声量曲线图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-封孔层，2-弹性阻尼层，3-穿孔空腔，4-第一隔声小孔，5-第二隔声小孔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1和图2所示,本发明一种水下穿孔混合空腔结构声学覆盖层包括设于水下运动壳体表面的弹性阻尼层2以及覆盖在弹性阻尼层2上表面的封孔层1，其中，所述弹性阻尼层2包括弹性阻尼本体以及设于所述性阻尼本体内的混合空腔模块，所述混合空腔模块包括穿孔空腔3、多个呈阵列排布的第一隔声小孔4以及多个呈阵列排布的第二隔声小孔5，所述穿孔空腔3沿所述弹性阻尼本体的轴向布置，其包括依次相连接的倒圆台空腔结构和正圆台空腔结构，所述倒圆台空腔结构的顶面和正圆台空腔结构的顶面连接，每个所述第一隔声小孔4的一端与所述封孔层1连接，另一端与所述倒圆台空腔结构的底面连接，且单个所述第一隔声小孔4、倒圆台空腔结构和正圆台空腔结构的轴向长度之和与所述弹性阻尼本体的轴向长度相同，多个所述第二隔声小孔5沿所述正圆台的底面外周设置。
在本发明中,所述倒圆台空腔结构与所述正圆台空腔结构为对称结构,所述倒圆台空腔结构的顶面和正圆台空腔结构的顶面连接,从而形成一个通孔，同时，多个呈阵列排布的第一隔声小孔4直接与倒圆台空腔结构的底面相连接，使得弹性阻尼层内部形成具有穿孔结构的空腔。通过改变倒圆台空腔结构的顶面和正圆台空腔结构的最大横截面面积以及穿孔空腔3、第一隔声小孔4与第二隔声小孔5之间的距离，可以满足不同频率下的隔声性能。所述封孔层1直径与所述穿孔空腔3最大横截面直径之比可以通过水下运动壳体的最大隔声量的频段进行调节。在弹性阻尼层2底部靠近水下运动体壳体表面一侧布置孔径较小的第二隔声小孔5，可以在有效提高低频的隔声性能的同时保证隔声覆盖层具有良好的耐压性能。
在本发明中，所述第一隔声小孔4的直径小于所述倒圆台空腔结构的底面直径，且多个所述第一隔声小孔4均设于所述倒圆台空腔结构的底面的正上方。所述第一隔声小孔4的轴向长度小于所述倒圆台空腔结构的轴向长度。
在本发明中，所述第二隔声小孔5的直径小于所述正圆台空腔结构的底面直径。所述第二隔声小孔5的横截面为圆形或者多边形；多个所述第二隔声小孔5呈周期性的阵列排布，该周期性的阵列为周期性的正方形阵列、周期性的圆形阵列或者周期性的三角形阵列。
在本发明中，所述封孔层1和所述弹性阻尼本体均由粘弹性材料制备而成。所述封孔层1和所述弹性阻尼本体通过粘结剂一体冷压成型。所述弹性阻尼本体包括依次通过粘结剂一体冷压成型的第一本体和第二本体，多个所述第一隔声小孔4及所述倒圆台空腔结构设于所述第一本体内，多个所述第二隔声小孔5及所述正圆台空腔结构设于所述第二本体内。
具体而言，如图1和图2所示，一种穿孔混合空腔结构声学覆盖层包括封孔层1和含空气空腔的弹性阻尼层2；含空腔的弹性阻尼层2内设有混合空腔模块；穿混合空腔模块由孔径较大的倒圆台空腔结构和正圆台空腔结构，倒圆台空腔结构的底面靠近声波入射的一侧设有多个孔径较小的第一隔声小孔4，正圆台空腔结构的底面靠近水下运动体壳体表面的一侧设有多个孔径较小的第二隔声小孔5。倒圆台空腔结构和正圆台空腔结构的中心轴线与弹性阻尼层2的中心轴线共线。多个第一隔声小孔4以弹性阻尼层2的中心轴线为中心呈周期性分布，进一步的，多个第一隔声小孔4以弹性阻尼层2的中心轴线为中心呈呈正多边形排列或者圆形排列。同时，多个第二隔声小孔5以弹性阻尼层2的中心轴线为中心呈周期性分布。进一步的，多个第二隔声小孔5以弹性阻尼层2的中心轴线为中心呈正多边形排列或者圆形排列。
封孔层1的上表面直接与水接触，封孔层1的下表面与弹性阻尼层2的上表面粘结，弹性阻尼层2的下表面与水下运动体的壳体表面用2mm厚的粘结层粘结。封孔层1和弹性阻尼层2通过粘结剂粘结并一体冷压成型。弹性阻尼层2可按照第一隔声小孔4、倒圆台空腔结构和正圆台空腔结构进行分层，即分为第一本体、第二本体和第三本体，多个所述第一隔声小孔4设于所述第一本体内，所述倒圆台空腔结构设于所述第二本体内，多个所述第二隔声小孔5及所述正圆台空腔结构设于所述第三本体内，第一本体、第二本体和第三本体之间分别冷压成型进而通过粘结剂粘结拼接成型。
本发明采用组合空腔和穿孔空腔相互配合的结构，可以拓宽隔声频带，兼顾高低频隔声。所述的倒圆台空腔结构和正圆台空腔结构的最大横截面积以及空腔与空腔之间的间距可根据所要求的最大隔声量出现的频段进行调节。
实施例1
封孔层为直径为24cm的圆形，其厚度为8cm，9个第一隔声小孔均为圆柱形，其轴向长度为3cm，其中一个第一隔声小孔的中心轴与倒圆台空腔结构的中心轴共线，其他8个以该第一隔声小孔为中心呈正方形阵列排布，及正方形的每天个上都排列有3个孔。倒圆台空腔结构的底面直径为14cm，其沿轴向的长度为8.5cm，正圆台空腔结构的底面直径为20cm，其沿轴向的长度为11.5cm,8个第二隔声小孔以正圆台空腔结构的轴线为中心均匀布置，且每个第二隔声小孔的轴向长度为2cm。其在特定频率下的隔声量曲线图如图3所示。从图中可以看出，在音频为1500Hz至3000Hz时，其隔音效果最佳，可达到20dB以上，同时，在低频条件下，其隔声量在10dB以上。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种水下穿孔混合空腔结构声学覆盖层，其特征在于，包括设于水下运动壳体表面的弹性阻尼层（2）以及覆盖在弹性阻尼层（2）上表面的封孔层（1），其中，
所述弹性阻尼层（2）包括弹性阻尼本体以及设于所述弹性阻尼本体内的混合空腔模块，所述混合空腔模块包括穿孔空腔（3）、多个呈阵列排布的第一隔声小孔（4）以及多个呈阵列排布的第二隔声小孔（5），所述穿孔空腔（3）沿所述弹性阻尼本体的轴向布置，其包括依次相连接的倒圆台空腔结构和正圆台空腔结构，所述倒圆台空腔结构的顶面和正圆台空腔结构的顶面连接，每个所述第一隔声小孔（4）的一端与所述封孔层（1）连接，另一端与所述倒圆台空腔结构的底面连接，且单个所述第一隔声小孔（4）、倒圆台空腔结构和正圆台空腔结构的轴向长度之和与所述弹性阻尼本体的轴向长度相同，多个所述第二隔声小孔（5）沿所述正圆台的底面外周设置，所述第一隔声小孔（4）的直径小于所述倒圆台空腔结构的底面直径，且多个所述第一隔声小孔（4）均设于所述倒圆台空腔结构的底面的正上方，所述第一隔声小孔（4）的轴向长度小于所述倒圆台空腔结构的轴向长度，所述第二隔声小孔（5）的直径小于所述正圆台空腔结构的底面直径。
2.根据权利要求1所述的一种水下穿孔混合空腔结构声学覆盖层，其特征在于，所述第二隔声小孔（5）的横截面为圆形或者多边形；多个所述第二隔声小孔（5）呈周期性的阵列排布，该周期性的阵列为周期性的正方形阵列、周期性的圆形阵列或者周期性的三角形阵列。
3.根据权利要求1所述的一种水下穿孔混合空腔结构声学覆盖层，其特征在于，所述封孔层（1）直径与所述穿孔空腔（3）最大横截面直径之比通过水下运动壳体的最大隔声量的频段进行调节。
4.根据权利要求1所述的一种水下穿孔混合空腔结构声学覆盖层，其特征在于，所述封孔层（1）和所述弹性阻尼本体均由粘弹性材料制备而成。
5.根据权利要求1所述的一种水下穿孔混合空腔结构声学覆盖层，其特征在于，所述封孔层（1）和所述弹性阻尼本体通过粘结剂一体冷压成型。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种水下穿孔混合空腔结构声学覆盖层，其特征在于，所述弹性阻尼本体包括依次通过粘结剂一体冷压成型的第一本体、第二本体和第三本体，多个所述第一隔声小孔（4）设于所述第一本体内，所述倒圆台空腔结构设于所述第二本体内，多个所述第二隔声小孔（5）及所述正圆台空腔结构设于所述第三本体内。
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