CN114242026B - 一种低频耐压水下隔声声学结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低频耐压水下隔声声学结构，包括封孔层、隔声层和阻尼层，所述隔声层内部设有周期性排列的复合声学结构，所述复合声学结构由依次相连的半球型声腔结构、小圆柱声腔结构、指数型声腔结构和大圆柱声腔结构组成，能够有效改善当前用隔声材料在高压条件下声学性能下降的问题，并提升隔声材料的低频声学性能，本发明成型工艺简单，可设计性强，重量较轻，有利于施工和应用。
Description
技术领域
本发明涉及减振降噪领域，具体涉及一种应用于水下低频耐压的隔声声学结构。
背景技术
为了提高水下结构的安静性，在水下结构表面贴敷隔声材料，声波穿过隔声材料时，使得声波无法向外传递，从而抑制了水下结构的声辐射。作为一种应用于水下的降噪材料，一方面要求具有良好的耐压能力，另一方面要求低频下具有良好隔声性能。
俄罗斯专利RU2138858C1介绍了一种水下声屏，由上下两层组成，下层由橡胶材料制作，层内侧有半穿孔的深槽和凸台，上层由刚性大的材料制作，内侧有凸台，其横截面相当于榫的断面，将上层的凸台插入下层材料的深槽中，形成了密闭的空气腔。该结构两层复合工艺较复杂，工程应用具有一定的局限性。
美国专利US4164727介绍了一种水声吸声和反射装备，它有三层组成，中间橡胶层带空气腔，上下两层为金属密封盖板。该结构的缺点是抗压性差，影响其隔声效率，另外因该结构存在刚性的金属加强层，难于贴敷到弯曲的结构上。
美国专利US4674595介绍了一种在水深达600m的水下声压释放板，该板为夹层结构，该夹层结构包括夹在两块挠性外盖板之间含有许多均匀分布空泡的刚性内部隔离板，并沿着它们的周边加以防水密封，把在盖板内的隔离板完全包封和加以防水密封，在气泡中聚集的空气提供了比水要低的有效声阻抗，而刚性内部隔离板使两块挠性盖板之间保持间隔不变。该结构的优点是抗压稳定性好，但因该结构存在刚性隔离板，难于贴敷到弯曲的结构上。
中国专利CN200810076652.8介绍了一种耐高静水压力的声学结构，在成型声学材料的工艺过程中，通过在空腔结构中预置骨架支撑材料，提高声学材料的耐高静水压力的能力，该发明能够解决声学材料在高静水压力下变形大的问题，但是，骨架支撑材料选用的是不锈钢、硬质塑料、树脂基复合材料中的一种，骨架支撑材料是刚性结构，嵌入到声学材料内部时，增加了声学材料的刚度，使得声学材料不易弯折，难以进行实艇施工。
从现有技术公开的文献和专利来看，在水下应用的耐高静水压力的水声结构，在工程化应用时具有一定的局限性，不适于工程化应用，这些水声结构不能同时满足宽频耐压和工程化应用的要求，而且其最低工作频率无法满足低频探测技术的发展。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供一种低频耐压水下隔声声学结构，解决现有技术中水声结构存在的抗压性与施工工艺性难以兼顾的问题，所述隔声声学结构成型工艺简单，能够提升隔声材料的耐压能力，满足工程化应用需求，最低工作频率至0.5kHz，能够提升隔声材料在低频下的隔声量，适应低频探测技术发展。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种低频耐压水下隔声声学结构，包括封孔层、隔声层和阻尼层，所述隔声层位于封孔层和阻尼层之间，内部设有周期性排列的复合声学结构，所述复合声学结构由依次相连的半球型声腔结构、小圆柱声腔结构、指数型声腔结构和大圆柱声腔结构组成，其中，半球型声腔结构的开口端与封孔层相接，底部与小圆柱声腔结构的上端相连，小圆柱声腔结构的下端与指数型声腔结构的小直径端相连，指数型声腔结构的大直径端与大圆柱声腔结构的上端相连，大圆柱声腔结构的下端与阻尼层相接，所述半球型声腔结构、小圆柱声腔结构、指数型声腔结构和大圆柱声腔结构均为空腔结构，沿隔声层高度方向分布且彼此的中心线相互重合。
进一步地，所述低频耐压水下隔声声学结构能够在0.1MPa～4.5MPa水压下可靠工作，在4.5MPa压力下高度变化率不大于10％。
进一步地，所述低频耐压水下隔声声学结构在0.5kHz～10kHz频率范围内、4.5MPa压力下平均隔声量不低于8dB。
进一步地，所述的封孔层、隔声层和阻尼层通过胶粘剂复合为一个整体，封孔层高度为3-5mm，隔声层高度为22-25mm，阻尼层高度为2-3mm。
进一步地，所述的半球型声腔结构开口端的直径为10-15mm，开口位于隔声层上端面上。
进一步地，所述的小圆柱声腔结构的直径为3-5mm，小圆柱声腔结构的上端面与半球型声腔结构下端面相交连通。
进一步地，所述指数型声腔结构的外轮廓曲线为指数函数曲线，指数型声腔结构的小端面直径与小圆柱声腔结构直径相等，且与小圆柱声腔结构下端面相连接，指数型声腔结构的大端面直径为10-15mm，与大圆柱声腔结构的直径相等，并与大圆柱声腔结构上端面相连接。
进一步地，所述小圆柱声腔结构的高度为3-5mm，指数型声腔结构高度为5-10mm，大圆柱声腔结构的高度为3-5mm。
进一步地，所述复合声学结构在隔声层内周期性排列，相邻两个复合声学结构的中心间距为11-17mm。
进一步地，所述的封孔层和阻尼层均为一层实心橡胶构成，其中，封孔层由具有耐海水性能的橡胶组成，阻尼层由具有高损耗能力的橡胶组成。
有益效果
本发明提出的水下隔声声学结构，由封孔层、隔声层和阻尼层构成，隔声层内设置的特殊的复合声学结构，能够有效改善当前用隔声材料在高压条件下声学性能下降的问题，并提升隔声材料的低频声学性能。
本发明可在0.1MPa～4.5MPa水压下可靠工作，4.5MPa压力下高度变化率不大于10％，工作频率低至0.5kHz，在0.5kHz～10kHz频率范围内，4.5MPa压力下平均隔声量不低于8dB。
本发明成型工艺简单，可设计性强，重量较轻，有利于施工和应用。
附图说明
图1是本发明的隔声声学结构的总体结构示意图；
图2本发明隔声层内单个复合声学结构的示意图。
附图标记：1-封孔层；2-隔声层；3-阻尼层；4-半球型声腔结构；5-小圆柱声腔结构；6-指数型声腔结构；7-大圆柱声腔结构。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
如图1-2所示，本发明的低频耐压水下隔声声学结构，包括封孔层1、隔声层2和阻尼层3三种功能结构层，隔声层2内部含有周期性排列的复合声学结构，复合声学结构主要起到隔声作用，由半球型声腔结构4、小圆柱声腔结构5、指数型声腔结构6和大圆柱声腔结构7组成。
半球型声腔结构4、小圆柱声腔结构5、指数型声腔结构6和大圆柱声腔结构7均为空腔结构且彼此的轴线即中心线重合，沿隔声层2的高度方向依次分布，其中，半球型声腔结构4的开口端与封孔层1相连，另一端与小圆柱声腔结构5的上端相连，小圆柱声腔结构5的下端与指数型声腔结构6的小直径端相连，指数型声腔结构6的大直径端与大圆柱声腔结构7的上端相连，大圆柱声腔结构7的下端与阻尼层3相连。
进一步的，所述的封孔层1、隔声层2和阻尼层3通过胶粘剂复合为整体，封孔层高度H1为3-5mm，隔声层高度H2为22-25mm，阻尼层高度H3为2-3mm。
具体地，所述半球型声腔结构4开口端的直径Φ1为10-15mm，开口于隔声层2上端面上，所述的小圆柱声腔结构5的上端且与半球型声腔结构的底端相连接，小圆柱声腔结构5的直径Φ2为3-5mm，小圆柱声腔结构5的高度H4为3-5mm。
所述的指数型声腔结构6是指该空腔结构的外轮廓曲线符合指数函数曲线，指数型声腔结构6的上端与小圆柱声腔结构5下端相连接，指数型声腔结构6的小端面直径与小圆柱声腔结构5的直径Φ2相等，指数型声腔结构6的大端面直径Φ3为10-15mm，指数型声腔结构6的高度H5为5-10mm。
所述的大圆柱声腔结构7的上端与指数型声腔结构6的大端相连，下端与阻尼层3相连，大圆柱声腔结构7的直径与指数型声腔结构6的大端面直径Φ3相等，大圆柱声腔结构7的高度H6为3-5mm。
多个所述复合声学结构在隔声层内周期性排列，相邻两个复合声学结构的中心间距d1为11-17mm。
进一步的，所述的封孔层1为一层实心橡胶，由具有耐海水性能的橡胶组成，所述的耐海水性能的橡胶是指在35℃条件下海水浸泡22d后，质量变化率不高于1％。
进一步的，所述的阻尼层3是一层实心橡胶，由具有高损耗能力的橡胶组成，所述的阻尼层的高损耗能力的橡胶是指在室温条件下，10-400Hz范围内的最大损耗因子不低于1.0。
实施例1：
封孔层1采用氯丁橡胶，高度H1为3mm，隔声层2采用合成橡胶，高度H2为25mm，阻尼层3采用丁腈橡胶，高度H3为2mm。
半球型声腔结构4开口端的直径为Φ1为10mm。
小圆柱声腔结构5的直径Φ2为5mm，高度H4为5mm。
指数型声腔结构6的大端面直径Φ3为10mm，高度H5为10mm。
大圆柱声腔结构7的高度H6为5mm。
复合声学结构的中心间距d1为17mm。
实施例2：
封孔层1采用氯丁橡胶，高度H1为4mm，隔声层2采用合成橡胶，高度H2为23mm，阻尼层3采用丁腈橡胶，高度H3为3mm。
半球型声腔结构4开口端的直径为Φ1为14mm。
小圆柱声腔结构5的直径Φ2为4mm，高度H4为4mm。
指数型声腔结构6的大端面直径Φ3为12mm，高度H5为8mm。
大圆柱声腔结构7的高度H6为4mm。
复合声学结构的中心间距d1为11mm。
实施例3：
封孔层1采用氯丁橡胶，高度H1为5mm，隔声层2采用合成橡胶，高度H2为22mm，阻尼层3采用丁腈橡胶，高度H3为3mm。
半球型声腔结构4开口端的直径为Φ1为12mm。
小圆柱声腔结构5的直径Φ2为4mm，高度H4为3mm。
指数型声腔结构6的大端面直径Φ3为12mm，高度H5为10mm。
大圆柱声腔结构7的高度H6为3mm。
复合声学结构的中心间距d1为15mm。
以本发明所列举的实施例为研究对象，采用仿真分析的方法获得了各实施例声学性能如表1所示。
表1本发明实施例的声学性能
| 性能项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 4.5MPa压力下，高度变化率/％ | 5 | 7 | 8 |
| 0.5kHz～10kHz频率范围内，4.5MPa压力下，平均隔声量/dB | 8.7 | 9.3 | 9.9 |
本发明的低频耐压水下隔声声学结构，通过特殊设计的复合声学机构提升了声学性能，尤其是半球型声腔结构的使用，为本发明带来了突出的有益效果，一方面，利用半球型声腔结构的大截面降低整个声学隔声结构的最低截止频率，使得本发明最低工作频率至0.5kHz，可在0.1MPa～4.5MPa水压下可靠工作；另一方面，采用半球型声腔结构，相对于其他声学结构来说具有更优异的耐压能力，有助于提高整个声学结构的耐压性能，本发明的声学结构在4.5MPa压力下高度变化率不大于10％。
本发明的复合声学机构通过多种空腔结构的组合，提升声学性能，第一、利用半球型声腔结构内部的声阻抗的变化能够提升声学结构的声学性能；第二、半球型声腔结构、小圆柱声腔结构以及指数型声腔结构的组合产生的声学阻抗的突变提升声学结构整体的声学性能；第三、小圆柱声腔结构与指数型声腔结构和大圆柱声腔结构在整体上又构成了一个阻抗突变的一个声腔组合，进一步提升了声学制品的声学性能。
本发明在0.5kHz～10kHz频率范围内，4.5MPa压力下平均隔声量不低于8dB。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种低频耐压水下隔声声学结构，包括封孔层、隔声层和阻尼层，所述隔声层位于封孔层和阻尼层之间，内部设有周期性排列的复合声学结构，其特征在于：所述复合声学结构由依次相连的半球型声腔结构、小圆柱声腔结构、指数型声腔结构和大圆柱声腔结构组成，其中，半球型声腔结构的开口端与封孔层相接，底部与小圆柱声腔结构的上端相连，小圆柱声腔结构的下端与指数型声腔结构的小直径端相连，指数型声腔结构的大直径端与大圆柱声腔结构的上端相连，大圆柱声腔结构的下端与阻尼层相接，所述半球型声腔结构、小圆柱声腔结构、指数型声腔结构和大圆柱声腔结构均为空腔结构，沿隔声层高度方向分布且彼此的中心线相互重合。
2.如权利要求1所述的一种低频耐压水下隔声声学结构，其特征在于，所述低频耐压水下隔声声学结构能够在0.1MPa～4.5MPa水压下可靠工作，在4.5MPa压力下高度变化率不大于10％。
3.如权利要求1所述的一种低频耐压水下隔声声学结构，其特征在于，所述低频耐压水下隔声声学结构在0.5kHz～10kHz频率范围内、4.5MPa压力下平均隔声量不低于8dB。
4.如权利要求1所述的一种低频耐压水下隔声声学结构，其特征在于，所述的封孔层、隔声层和阻尼层通过胶粘剂复合为一个整体，封孔层高度为3-5mm，隔声层高度为22-25mm，阻尼层高度为2-3mm。
5.如权利要求1所述的一种低频耐压水下隔声声学结构，其特征在于，所述的半球型声腔结构开口端的直径为10-15mm，开口位于隔声层上端面上。
6.如权利要求1所述的一种低频耐压水下隔声声学结构，其特征在于，所述的小圆柱声腔结构的直径为3-5mm，小圆柱声腔结构的上端面与半球型声腔结构下端面相交连通。
7.如权利要求1所述的一种低频耐压水下隔声声学结构，其特征在于，所述指数型声腔结构的外轮廓曲线为指数函数曲线，指数型声腔结构的小端面直径与小圆柱声腔结构直径相等，且与小圆柱声腔结构下端面相连接，指数型声腔结构的大端面直径为10-15mm，与大圆柱声腔结构的直径相等，并与大圆柱声腔结构上端面相连接。
8.如权利要求1所述的一种低频耐压水下隔声声学结构，其特征在于，所述小圆柱声腔结构的高度为3-5mm，指数型声腔结构高度为5-10mm，大圆柱声腔结构的高度为3-5mm。
9.如权利要求1所述的一种低频耐压水下隔声声学结构，其特征在于，所述复合声学结构在隔声层内周期性排列，相邻两个复合声学结构的中心间距为11-17mm。
10.如权利要求1所述的一种低频耐压水下隔声声学结构，其特征在于，所述的封孔层和阻尼层均为一层实心橡胶构成，其中，封孔层由具有耐海水性能的橡胶组成，阻尼层由具有高损耗能力的橡胶组成。
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