CN112623168A - 一种具有空间弯折复合去耦机理的大型水下平台降噪覆盖层 - Google Patents

一种具有空间弯折复合去耦机理的大型水下平台降噪覆盖层 Download PDF

Info

Publication number
CN112623168A
CN112623168A CN202011308151.5A CN202011308151A CN112623168A CN 112623168 A CN112623168 A CN 112623168A CN 202011308151 A CN202011308151 A CN 202011308151A CN 112623168 A CN112623168 A CN 112623168A
Authority
CN
China
Prior art keywords
covering layer
black hole
shell
unit
noise reduction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011308151.5A
Other languages
English (en)
Inventor
姜大伟
王海涛
曾向阳
雷烨
任树伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northwestern Polytechnical University
Original Assignee
Northwestern Polytechnical University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northwestern Polytechnical University filed Critical Northwestern Polytechnical University
Priority to CN202011308151.5A priority Critical patent/CN112623168A/zh
Publication of CN112623168A publication Critical patent/CN112623168A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G13/00—Other offensive or defensive arrangements on vessels; Vessels characterised thereby
    • B63G13/02—Camouflage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B3/00—Hulls characterised by their structure or component parts
    • B63B3/13—Hulls built to withstand hydrostatic pressure when fully submerged, e.g. submarine hulls
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/175—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound
    • G10K11/178—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G13/00—Other offensive or defensive arrangements on vessels; Vessels characterised thereby
    • B63G13/02—Camouflage
    • B63G2013/022—Camouflage using means for reducing noise emission into air or water
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G13/00—Other offensive or defensive arrangements on vessels; Vessels characterised thereby
    • B63G13/02—Camouflage
    • B63G2013/027—Camouflage using stealth design, i.e. superstructures, hulls, or other vessel's components shaped or constructed for minimizing reflection of radar or sonar beams, or the like

Abstract

本发明属于大型水下平台降噪技术领域，涉及一种基于声学黑洞、多孔吸收材料、空间弯折结构单元的大型水下平台降噪覆盖层。所述空间弯折复合去耦覆盖层安装于大型水下平台的耐压壳上，噪声进入覆盖层上的声学黑洞单元，经过声学黑洞对声波的吸收和声学黑洞层上的微穿孔板结构对声波的耗散使噪声衰减，噪声进入覆盖层内部后由多孔吸收材料对声能进行宽频带的吸收和损耗，同时由于内部空间弯折结构增加声波在覆盖层内部传播距离以及低频声波与空间弯折结构的反射折射耗散声能，最终实现全频带范围的噪声消除。本发明基于声学黑洞理论，微穿孔板理论，多孔吸收材料理论和空间弯折理论设计覆盖层的总体结构布局，使其在较宽频带范围以及低频线谱具有良好的降噪效果。

Description

一种具有空间弯折复合去耦机理的大型水下平台降噪覆盖层
技术领域
本发明属于大型水下平台降噪技术领域，涉及一种基于声学黑洞、多孔吸收材料、空间弯折结构单元的大型水下平台降噪覆盖层。
背景技术
大型水下平台包括水下平台及潜航器等，它能够完成水下勘探、侦测甚至是军事上的进攻防守等任务。在海洋开发日益重要的现在，水下平台越来越得到了各个国家的重视，无论是在民用还是在军用上，都扮演着重要的角色。从安全角度来看，大型水下平台会发出一定量级的噪声，导致附近海区声场强度增大，成为敌方水声探测设备的捕捉目标，所以水下平台良好的声隐身性能可使其不被敌方发现从而完成各项任务，是其生命线以及一项关键的技术指标。
水下平台的噪声主要来源于内部各种机械结构的运转，例如发动机、减速器等，这些结构产生的噪声会通过航行器的外壳辐射到外部，并通过水介质进行传播，对这些辐射噪声进行控制是增强声隐身性能的关键。控制水下平台辐射噪声主要有两种手段，第一种是采用低噪声的设备，如低噪声发动机、减速器等，但是由于动力、续航等方面的需要，现有的设备通常向大型化发展，其噪声也较大，因此难以从源头上进行控制。第二种控制辐射噪声的方法是控制其传播途径。由于航行器的噪声主要来源于其内部，这些噪声会通过航行器外壁传播到外部，因此对外壁进行处理是一种有效的控制噪声的手段。
目前，最常见的航行器噪声控制方式是在其外壁设置隔声装置，其原理是通过隔声起到降噪效果。根据隔声原理，一种结构的隔声效果与结构的厚度有关。通常情况下，一种结构的隔声效果在高频优于低频，厚度增加，低频隔声效果会有所提高。但是，通过提高结构厚度的方法来提高隔声量具有一定的上限，因为根据质量定律，结构厚度每增加一倍，隔声量提高6dB，这意味着隔声量的持续提高，需要非常厚的结构，这显然是不现实的。另外，由于低频声波的波长较大，而低频声辐射距离较远，是需要着重控制的频段，但是普通的结构所能起到的低频隔声效果相当有限。
综上所述，现有的大型水下平台降噪技术对于中高频存在一定的隔声效果，但还存在着较多的问题，特别是低频降噪效果差，亟需发展新型降噪技术与现有技术进行配合使用以进一步提高降噪效果。。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种具有空间弯折复合去耦机理的大型水下平台降噪覆盖层，该系统具有降噪频带宽，低频噪声显著、噪声量级高的特点，采用本发明的覆盖层能够有效降低大型水下平台的辐射噪声。
本发明是通过下述技术方案来实现的。
一种具有空间弯折复合去耦机理的大型水下平台降噪覆盖层，安装于大型水下平台的耐压壳上，该覆盖层主要包括外壳单元、声学黑洞单元、空间弯折结构和多孔吸声材料单元；
所述外壳单元，为内部中空的长方体结构，其上表面中心处开通孔；所述声学黑洞单元，位于外壳上表面中心开孔处，用于吸收和汇聚大型水下平台所辐射的噪声，当弯曲波传递到声学黑洞区域时，声波在声学黑洞表面和外壳底部之间空气层中传播，由于声学黑洞弧度的变化，两者间的空气层厚度慢慢减少，波速也逐渐降低，最终将弯曲波局限在厚度接近为0的区域；
优选地，在所述声学黑洞单元处的外壳单元壳体上均布通孔，所述通孔使声学黑洞表面形成微穿孔板结构，进一步耗散声能；
所述空间弯折结构为多组同轴心的环状隔声板，其高度小于外壳内部空腔的高度，厚度优选地与外壳厚度一致，相邻的环状隔声板上下错开分别焊接于外壳单元的上下端面内侧；所述多孔吸声材料单元填充于覆盖层内部空腔。
所述空间弯折复合去耦覆盖层安装于大型水下平台的耐压壳上，噪声进入覆盖层上的声学黑洞单元，经过声学黑洞对声波的吸收和声学黑洞层上的微穿孔板结构对声波的耗散使噪声衰减，噪声进入覆盖层内部后由多孔吸收材料对声能进行宽频带的吸收和损耗，同时由于内部空间弯折结构增加声波在覆盖层内部传播距离以及低频声波与空间弯折结构的反射折射耗散声能，最终实现全频带范围的噪声消除。
对于上述技术方案，发明人还有进一步的优化实施方案：
进一步的，所述声学黑洞单元位于覆盖层中心位置，其弯曲弧度遵循幂函数变化，且幂函数的指数不小于2。
进一步的，所述声学黑洞单元上打上孔径小于1.0mm的圆孔，孔隙率为0.03。
进一步的，所述空间弯折结构由多层隔声板组成，焊接于覆盖层内部，垂直于覆盖层内表面，隔声板高度小于覆盖层内部高度。
进一步的，所述空间弯折结构由三层隔声板组成，最内层和最外层隔声板焊接于外壳上部，中间层焊接于与外壳下部焊接，钢板的厚度与外壳厚度一致，高度小于外壳内部空腔的高度。
所述空间弯折复合去耦覆盖层安装于大型水下平台的耐压壳上，噪声进入覆盖层上的声学黑洞单元，经过声学黑洞对声波的吸收和声学黑洞层上的微穿孔板结构对声波的耗散使噪声衰减，噪声进入覆盖层内部后由多孔吸收材料对声能进行宽频带的吸收和损耗，同时由于内部空间弯折结构增加声波在覆盖层内部传播距离以及低频声波与空间弯折结构的反射折射耗散声能，最终实现全频带范围的噪声消除。
本发明基于声学黑洞理论，微穿孔板理论，多孔吸收材料理论和空间弯折理论设计覆盖层的总体结构布局，使其在较宽频带范围以及低频线谱具有良好的降噪效果。其优势具体包括：
1.当声波传递到声学黑洞位置处时，弯曲波被局限在声学黑洞内，再通过声学表面的微穿孔板对声能损耗。
2.声波通过声学黑洞进入覆盖层内部时，覆盖层所填充的多孔吸声材料对宽频带的声波进行吸收，将声能转化为热能。相比于实心材料，填充多孔吸声材料质量具有更轻的质量。
3.覆盖层内部的隔声板可以增加声波在覆盖层内传播距离，增加多孔材料的吸声作用，同时由于截面积的变化，造成声阻抗不匹配，抑制声波的传播。
3.覆盖层内部的隔声板可以增加声波在覆盖层内传播距离，增加多孔材料的吸声作用，同时由于空腔内部挡板对低频声波的阻挡作用，使低频声波在隔声板之间发射和折射，抑制声波的传播。
附图说明
图1为本发明覆盖层示意图；
图2为声学黑洞单元正视图；
图3为声学黑洞单元俯视图；
图4为空间弯折结构在覆盖层内部俯视图；
图5为空间弯折结构在覆盖层内部侧视图；
图6为声波在覆盖层内部传播示意图；
图7为覆盖层隔声量曲线；
图8为覆盖层在5000Hz时仿真工作时的声压级云图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对发明作进一步的详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据。
如图1-2所示，本发明的一种具有空间弯折复合去耦机理的大型水下平台降噪覆盖层，包括：外壳单元、声学黑洞单元、多孔吸声材料单元、空间弯折结构单元。外壳单元为覆盖层的整体支架，其他单元都位于外壳单元内；声学黑洞单元将传递来的噪声局限在其内部，并通过表面的微穿孔板耗散声能；声波穿过声学黑洞进入覆盖层内部，被多孔吸声材料吸收耗散转化为热能；覆盖层内部的空间弯折结构可以增加声波在覆盖层内传播距离，增加多孔材料的吸声作用，同时由于低频声波在隔声板之间反射与折射，抑制声波的传播，最终实现全频带范围的噪声消除。本实施例中，外壳单元使用的是5mm的钢板
本实施例中具有空间弯折复合去耦机理的大型水下平台降噪覆盖层的安装过程如下：
步骤1：本实施例中，假设存在一水下平台，通过辐射声场仿真，其辐射噪声频段主要存在于30-10000Hz范围内。
步骤2：本实施例中的覆盖层长度和宽度为400mm，高度为40mm，声学黑洞单元的直径为100mm，弯曲弧度遵循幂函数变化，且幂函数的指数不小于2，在声学黑洞表面打孔，孔径1mm，孔隙率为0.03。
步骤3：具有空间弯折复合去耦机理的大型水下平台降噪覆盖层的内部填充多孔吸声材料，并按照图2的形式设置空间弯折结构，隔声板长度为25mm。
步骤4：将设计好的具有空间弯折复合去耦机理的大型水下平台降噪覆盖层贴合在水下平台的耐压壳上，其中覆盖层表面有开孔的面应与水下平台外表面贴合，对添加覆盖层后的水下平台辐射噪声进行仿真。
经过仿真计算，本实施例中设计的空间弯折复合去耦覆盖层的隔声量如图2所示。从图中可以看出，从30Hz到10000Hz范围内，空间弯折复合去耦覆盖层都具有较好的隔声量，在30～3000Hz范围内，有平均53dB，相比传统的隔声结构有更好的隔声效果。在3000-10000Hz范围内，空间弯折复合去耦覆盖层的隔声量最高可达72dB，可有效控制水下平台在此频段范围内的噪声。分析表明，此实施例中的空间弯折复合去耦覆盖层具有良好的隔声作用。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种具有空间弯折复合去耦机理的大型水下平台降噪覆盖层，安装于大型水下平台的耐压壳上，其特征在于，该覆盖层主要包括外壳单元、声学黑洞单元、空间弯折结构和多孔吸声材料单元；所述外壳单元，为内部中空的长方体结构，其上表面中心处开通孔；所述声学黑洞单元，位于外壳上表面中心开孔处；所述空间弯折结构为多组同轴心的环状隔声板，其高度小于外壳内部空腔的高度，厚度优选地与外壳厚度一致，相邻的环状隔声板上下错开分别焊接于外壳单元的上下端面内侧；所述多孔吸声材料单元填充于覆盖层内部空腔。
2.一种如权利要求1所述的具有空间弯折复合去耦机理的大型水下平台降噪覆盖层，其特征在于，所述声学黑洞单元处的外壳单元壳体上均布通孔。
3.一种如权利要求1所述的具有空间弯折复合去耦机理的大型水下平台降噪覆盖层，其特征在于，所述声学黑洞单元弯曲弧度遵循幂函数变化，且幂函数的指数不小于2。
4.一种如权利要求2所述的具有空间弯折复合去耦机理的大型水下平台降噪覆盖层，其特征在于，所述声学黑洞单元上孔径小于1.0mm，孔隙率为0.03。
5.一种如权利要求1所述的具有空间弯折复合去耦机理的大型水下平台降噪覆盖层，其特征在于，所述空间弯折结构由三层隔声板组成。
CN202011308151.5A 2020-11-19 2020-11-19 一种具有空间弯折复合去耦机理的大型水下平台降噪覆盖层 Pending CN112623168A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011308151.5A CN112623168A (zh) 2020-11-19 2020-11-19 一种具有空间弯折复合去耦机理的大型水下平台降噪覆盖层

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011308151.5A CN112623168A (zh) 2020-11-19 2020-11-19 一种具有空间弯折复合去耦机理的大型水下平台降噪覆盖层

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112623168A true CN112623168A (zh) 2021-04-09

Family

ID=75303497

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011308151.5A Pending CN112623168A (zh) 2020-11-19 2020-11-19 一种具有空间弯折复合去耦机理的大型水下平台降噪覆盖层

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112623168A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114030247A (zh) * 2021-11-09 2022-02-11 江苏科技大学 一种基于声学黑洞的吸隔声轻质复合板

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102354493A (zh) * 2011-05-27 2012-02-15 哈尔滨工程大学 可控型水下吸声板
CN203910263U (zh) * 2014-05-16 2014-10-29 四川正升声学科技有限公司 低频吸声结构
JP2017083652A (ja) * 2015-10-28 2017-05-18 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 消音構造
CN106952640A (zh) * 2017-04-26 2017-07-14 大连理工大学 控制声波传播路径的宽带超薄吸声隔声结构
CN111696510A (zh) * 2020-06-01 2020-09-22 西安交通大学 一种阻尼材料填充泡沫金属内嵌周期性空腔型水下吸声结构

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102354493A (zh) * 2011-05-27 2012-02-15 哈尔滨工程大学 可控型水下吸声板
CN203910263U (zh) * 2014-05-16 2014-10-29 四川正升声学科技有限公司 低频吸声结构
JP2017083652A (ja) * 2015-10-28 2017-05-18 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 消音構造
CN106952640A (zh) * 2017-04-26 2017-07-14 大连理工大学 控制声波传播路径的宽带超薄吸声隔声结构
CN111696510A (zh) * 2020-06-01 2020-09-22 西安交通大学 一种阻尼材料填充泡沫金属内嵌周期性空腔型水下吸声结构

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114030247A (zh) * 2021-11-09 2022-02-11 江苏科技大学 一种基于声学黑洞的吸隔声轻质复合板
CN114030247B (zh) * 2021-11-09 2023-09-29 江苏科技大学 一种基于声学黑洞的吸隔声轻质复合板

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101675226B (zh) 消音特性可变的消音板
RU2579104C2 (ru) Звукоизолирующая зашивка технического помещения
CN105803965A (zh) 一种宽频带吸声单元板
CN112623168A (zh) 一种具有空间弯折复合去耦机理的大型水下平台降噪覆盖层
CN205177403U (zh) 一种降噪吸声层
EP2271805B1 (en) Method for the reduction of sound
CN214741561U (zh) 基于声学超材料的消音结构、消音器及无人机
CN108279579A (zh) 一种具有类耳蜗结构的大型水下平台降噪系统
JP4380568B2 (ja) 鉄道車両及び吸音材の製造方法
CN218431684U (zh) 一种消声瓦
CN114104234B (zh) 覆盖层漫反射式吸声超结构单元及超结构
JP3117951B2 (ja) 遮音カバ−材
CN115798443A (zh) 一种填充吸声材料抗压式宽频带消声瓦
CN110718204B (zh) 一种用于水下探测设备工作环境的降噪隔声结构
CN111332413A (zh) 一种船舶舱室防火回风消音装置
Schiller et al. Sound transmission loss through a corrugated-core sandwich panel with integrated acoustic resonators
Wang et al. Numerical design of sound-insulating material with combined cavities of mixed sizes
CN105374349A (zh) 一种基于外部复合吸声材料的电力电容器降噪装置
RU172257U1 (ru) Звукоизоляционная панель газотурбинного двигателя
AU2013276738B2 (en) Structure for an underwater vehicle such as a submarine
KR20120067648A (ko) 선박 및 부유식 해상구조체
RU2161825C2 (ru) Акустическое покрытие
CN215214654U (zh) 一种具有减振降噪功能的行星齿轮减速器壳体
CN215948542U (zh) 噪声防护装置
Yang et al. Characteristics and calculation method of sound radiation of cylindrical shell with porous sound-absorbing material under acoustic excitation

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20210409

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication