CN117208181A - 一种艉舵降噪设备及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种艉舵降噪设备，包括罩壳，罩设在壳体表面上；记忆形变件，随温度变化发生形变且具有初始状态及至少一个形变状态；记忆形变件设置在壳体与罩壳之间，记忆形变件一端固设在壳体表面且另一端固接在罩壳远离壳体表面的最远端内壁上，记忆形变件受热变形切换到形变状态，并使记忆形变件与罩壳的连接端远离记忆形变件与壳体的连接端移动；罩壳远离壳体表面的最远端与壳体表面的间距随记忆形变件形状变化而变化；通过多重记忆合金作为记忆形变件来带动罩壳移动，使罩壳在壳体外部的高度发生变化，由于两个罩壳之间夹成沟槽，因此能够根据需要调整沟槽的深度及形状，从而适用于不同的航速需求，以维持稳定的降噪效果。
Description
技术领域
本发明涉及航行器降噪技术领域，尤其涉及一种艉舵降噪设备及其使用方法。
背景技术
水下航行器水动力噪声的强度不仅与航速高度相关，还受到航行器几何形状的影响。由于水下航行器操纵稳定性、贯通和结构强度以及其他功能需要，其外壳几何形状并非规整的回转体，大部分是在细长回转体的基础上附有多个突出体结构，其中翼型或类翼型的突出体占主要的部分，比如水下航行器艉舵等结构。由于受到突出体有限展长、尾端流动分离、突出体与主艇体交接处的横向流等多个因素的影响，会使水下航行体周围流场紊乱加剧，造成水动力噪声强度大幅提高，因此减小艉舵等突出体结构水动力噪声是提高水下航行器声隐身性能的重要途径。
技术人员通过长期研究发现，如图1所示，可以在艉舵上敷设特定间距和高度的沟槽，从而有效改善水下航行器艉舵或者艏舵周围壳体的流场状态，削弱壳体的流激振动，从而降低水下航行器的水动力噪声。
但目前艉舵上敷设的沟槽都是固定式的，因而仅能够对某个特定航速具有明显的降噪效果，当水下航行器的航速提高或降低时，沟槽的降噪效果会显著下降，难以维持稳定的降噪效果。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种艉舵降噪设备及其使用方法，用于解决目前艉舵上敷设的沟槽都是固定式的，因而仅能够对某个特定航速具有明显的降噪效果，当水下航行器的航速提高或降低时，沟槽的降噪效果会显著下降，难以维持稳定的降噪效果的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种艉舵降噪设备，设置在艉舵的壳体上，包括罩壳，罩设在壳体表面上；记忆形变件，随温度变化发生形变且具有初始状态及至少一个形变状态；其中，记忆形变件设置在壳体与罩壳之间，记忆形变件一端固设在壳体表面且另一端固接在罩壳远离壳体表面的最远端内壁上，记忆形变件受热变形切换到形变状态，并使记忆形变件与罩壳的连接端远离记忆形变件与壳体的连接端移动；罩壳远离壳体表面的最远端与壳体表面的间距随记忆形变件形状变化而变化。
在以上技术方案的基础上，优选的，记忆形变件的基材断面包括记忆合金层及加热层，记忆合金层及加热层分层叠加设置，加热层为碳纳米纤维材料制成。
更进一步优选的，还包括加热机构，设置在壳体内并用于对加热层进行加热；其中，加热机构为电源，电源的正负极分别连接记忆形变件与罩壳的连接端以及记忆形变件与壳体的连接端。
在以上技术方案的基础上，优选的，壳体内开设有至少一个插槽，插槽其中一端贯穿壳体表面与外界环境相连通；罩壳延伸方向至少一侧的边缘插入插槽内，罩壳插入插槽的部分沿插槽移动。
更进一步优选的，还包括抵持块，设置在插槽内壁上并相对于罩壳移动；其中，抵持块朝向罩壳移动并将罩壳夹紧在抵持块与插槽内壁之间，或者抵持块远离罩壳移动并放开罩壳。
在以上技术方案的基础上，优选的，还包括蒙皮，用于蒙住罩壳；其中，蒙皮两端设置在壳体上并位于罩壳延伸方向两侧，蒙皮紧贴在罩壳远离壳体的表面上，蒙皮具有弹性拉伸性能。
更进一步优选的，还包括卷筒机构；其中，壳体内还开设有至少一个腔体，腔体设置在罩壳延伸方向其中一侧；卷筒机构设置在腔体内；蒙皮沿罩壳延伸方向的其中一侧边缘穿过壳体表面插入腔体内并卷绕在卷筒机构上。
在以上技术方案的基础上，优选的，还包括滑杆，两端沿记忆形变件与罩壳的连接端的移动方向延伸；其中，壳体内还开设有滑槽，滑槽沿滑杆轴向延伸且其中一端与外界环境相连通；滑杆一端固接在罩壳远离壳体表面的最远端内壁上，滑杆另一端贯穿记忆形变件并插入滑槽内，滑杆随罩壳同步移动并使滑杆插入滑槽的部分沿滑槽移动。
另一方面，本发明还提供了一种艉舵降噪设备的使用方法，采用上述的降噪设备，包括以下步骤，步骤一，记忆形变件为初始状态，加热机构断开电源；步骤二，加热机构接通电源，加热层通电并对记忆合金层进行加热，记忆形变件受热变形切换到形变状态，并使罩壳远离壳体表面的最远端与壳体表面的间距增大；步骤三，加热机构断开电源，记忆形变件降温变形恢复到初始状态，并使罩壳远离壳体表面的最远端与壳体表面的间距缩小。
在以上技术方案的基础上，优选的，在步骤二中，罩壳远离壳体表面的最远端与壳体表面的间距增大，并使蒙皮弹性拉伸，带动卷筒机构释放蒙皮；在步骤三中，记忆形变件降温后，卷筒机构回卷蒙皮，蒙皮挤压罩壳使罩壳远离壳体表面的最远端与壳体表面的间距缩小，并使记忆形变件压缩复位到初始状态。
本发明的一种艉舵降噪设备及其使用方法相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)本发明通过多重记忆合金作为记忆形变件来带动罩壳移动，使罩壳在壳体外部的高度发生变化，由于两个罩壳之间夹成沟槽，因此能够根据需要调整沟槽的深度及形状，从而适用于不同的航速需求，以维持稳定的降噪效果。
(2)本发明通过加热机构电源连接两个记忆形变件的加热层，并通过金属材质的罩壳作为导电体，能够通过使两个记忆形变件进行加热，从而保证罩壳两侧的记忆形变件的形变量相同。
(3)本发明通过抵持部与通道内壁夹住罩壳，从而使加热机构电源断开后，罩壳位于壳体外部的高度仍然保持不变。
(3)本发明通过蒙皮蒙住罩壳，一方面避免罩壳直接接触水体，另一方面能够在记忆形变件降温后，通过蒙皮的弹性回弹将记忆形变件压缩变回初始状态。
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作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的艉舵降噪设备的应用场景示意图；
图2为本发明的艉舵降噪设备的原理示意图；
图3为本发明的艉舵降噪设备的初始状态的正剖示意图；
图4为本发明的艉舵降噪设备的形变状态的正剖示意图；
图5为本发明的图3中A处的放大图；
图6为本发明的记忆形变件的基材断面图。
图中：1、壳体；101、插槽；102、腔体；103、滑槽；2、罩壳；3、记忆形变件；31、记忆合金层；32、加热层；4、加热机构；5、抵持块；6、蒙皮；7、卷筒机构；8、滑杆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1所示，结合图2及图3，本发明的一种艉舵降噪设备，设置在艉舵的壳体1上，包括罩壳2、记忆形变件3及加热机构4。
其中，罩壳2罩设在壳体1表面上。若干罩壳2并行间隔设置在壳体1表面上，相邻的罩壳2之间夹成降噪沟槽。尽管夹成沟槽的结构也可以是实体结构，但是由于需要尽可能的减轻航行器的重量，因此采用罩壳2这种空心结构。一般来说，降噪沟槽的长度与艉舵的长度接近，均匀分布在艉舵的表面上，每条降噪沟槽之间的间距为20mm-30mm，而单个降噪沟槽的宽度约为8mm，最大高度约为12mm；因此两个罩壳2之间的布设间隔为8mm，而罩壳2的断面最大宽度为20mm-30mm。罩壳2远离壳体1表面的最远端与壳体1表面的间距随记忆形变件3形状变化而变化，从而调整罩壳2位于壳体1外部分的高度，即调节沟槽的高度。
记忆形变件3随温度变化发生形变且具有初始状态及至少一个形变状态。一般来说，记忆形变件3有三种形变状态，以适应低、中、高三种航行器航速的需求。
如图1所示，结合图6，记忆形变件3的基材断面包括记忆合金层31及加热层32，所述记忆合金层31及加热层32分层叠加设置，加热层32为碳纳米纤维材料制成。记忆形变件3，一般由增材制造技术制成，三维打印时，先用碳纳米纤维材料打印出加热层32，然后再用记忆合金材料打印出记忆合金层31，两种材料的比例为1：2。
另外，由于本申请的主要用于水中航行器或者水下航行器领域，因此还可以在记忆形变件3的基材上增加一层冷却管路层，可以直接通过输送泵将环境水体输送到冷却管路层内对记忆合金层31进行降温。
需要说明的是，本实施例中采用的记忆合金材料具有多重响应记忆形变能力。江南大学肖学良教授团队就研究出了一种具有多重响应形状记忆行为的双开关杂化纳米复合膜，其中采用的多重响应形状记忆聚合物(MRSMPs)是一类智能高分子材料，可响应多种环境刺激而发生形状变化或回复，该复合膜主体成分为聚氨酯/卡波姆/纳米纤维素，具有双开关体系结构，可被热、水、乙醇和pH触发而产生形状记忆行为。在具体实施时，可以将记忆合金材料折叠呈本案附图中的W形状；当记忆形变件3在初始状态时，相邻两片记忆合金层31之间的夹角最小；当记忆形变件3逐渐升温切换到形变状态时，相邻两片记忆合金层31之间的夹角也逐渐增大；通过这种手段就能够使记忆形变件3沿罩壳2径向的长度随温度发生变化，从而带动罩壳2相对于壳体1移动。
记忆形变件3设置在壳体1与罩壳2之间，记忆形变件3一端固设在壳体1上且另一端固接在罩壳2远离壳体1表面的最远端内壁上，记忆形变件3受热变形切换到形变状态，并使记忆形变件3与罩壳2的连接端远离记忆形变件3与壳体1的连接端移动。记忆形变件3形变类似于顶起罩壳2，从而改变罩壳2的高度，进而调节沟槽的深度。
加热机构4设置在壳体1内并用于对加热层32进行加热。
具体来说，加热机构4为电源，电源的正负极分别连接记忆形变件3与罩壳2的连接端以及记忆形变件3与壳体1的连接端。电源接通后，电流经电源正极流出，从记忆形变件3的底端经过记忆形变件3并从其顶端流出，最后回到电源负极，形成了一个完成的电路对记忆形变件3的加热层32进行加热。加热层32的碳纳米纤维材料类似于电阻，通过对其施加一定功率的电激励，能够在电流经过时使其快速的发热升温。加热机构4的加热功率分别为10W、18W及30W，分别对应记忆形变件3的三个形变状态；当电激励撤销时，记忆形变件3的状态能够随着降温逐步恢复到初始状态。
本申请将具有固定高度沟槽的常规航行器为对比例与本实施例进行降噪效果对比试验，常规航行器具有的沟槽高度为12mm，航行器分别以5节、10节及15节进行对比试验，获得下表1的试验数据。
| 航速 | 对比例 | 本实施例 |
| 5节 | 1.0dB | 2.0dB |
| 10节 | 1.5dB | 2.6dB |
| 15节 | 0.5dB | 2.7dB |
本申请的一种艉舵降噪设备的使用方法，采用本实施例的降噪设备，包括以下步骤。
步骤一，记忆形变件3为初始状态，加热机构4断开电源。
步骤二，加热机构4接通电源，加热层32通电并对记忆合金层31进行加热，记忆形变件3受热变形切换到形变状态，并使罩壳2远离壳体1表面的最远端与壳体1表面的间距增大。
步骤三，加热机构4断开电源，记忆形变件3降温变形恢复到初始状态，并使罩壳2远离壳体1表面的最远端与壳体1表面的间距缩小。
实施例二
在实施例一的基础上，壳体1内开设有至少一个插槽101，插槽101其中一端贯穿壳体1表面与外界环境相连通。
罩壳2延伸方向至少一侧的边缘插入插槽101内，罩壳2插入插槽101的部分沿插槽101移动。由于需要调节罩壳2的高度，因此罩壳2是不能固接在壳体1上的；插槽101在此起到限位引导的作用，限制记忆形变件3发生形变时并带动罩壳2移动的方向，避免罩壳2可能向一侧倾倒的情况发生，使记忆形变件3形变时能够推动罩壳2垂直远离壳体1表面。
实施例三
在实施例二的基础上，如图1所示，结合图4，还包括抵持块5。
其中，抵持块5设置在插槽101内壁上并相对于罩壳2移动；抵持块5朝向罩壳2移动并将罩壳2夹紧在抵持块5与插槽101内壁之间，或者抵持块5远离罩壳2移动并放开罩壳2。抵持块5的作用是锁定罩壳2与壳体1的相对位置，避免加热机构4断开电源使记忆形变件3降温后，记忆形变件3恢复到初始状态可能会带动罩壳2也回到初始位置；这样就不需要持续开启加热机构4保持记忆形变件3的温度，大幅降低了设备的能耗。
实施例四
在实施例一的基础上，尽管记忆形变件3形变后具有形状记忆功能，但由于其高度发生改变，仍然难以避免记忆形变件3发生向一侧倾倒的情况，为了限制记忆形变件3形变后的移动方向，还包括滑杆8。
其中，壳体1内还开设有滑槽103，滑槽103沿滑杆8轴向延伸且其中一端与外界环境相连通。
滑杆8两端沿记忆形变件3与罩壳2的连接端的移动方向延伸；滑杆8一端固接在罩壳2远离壳体1表面的最远端内壁上，滑杆8另一端贯穿记忆形变件3并插入滑槽103内，滑杆8随罩壳2同步移动并使滑杆8插入滑槽103的部分沿滑槽103移动。
实施例五
如图1所示，结合图5，还包括蒙皮6及卷筒机构7。
其中，壳体1内还开设有至少一个腔体102，腔体102设置在罩壳2延伸方向其中一侧。
蒙皮6用于蒙住罩壳2，避免罩壳2直接长时间接触外界水体，使罩壳2表面上附着杂质，进而阻碍罩壳2的高度变化。蒙皮6两端设置在壳体1上并位于罩壳2延伸方向两侧，蒙皮6紧贴在罩壳2远离壳体1的表面上，蒙皮6具有弹性拉伸性能。蒙皮6为高弹性硅橡胶或者高弹性纤维制成，例如甲基乙烯基硅橡胶或者聚醚酯弹性纤维等。
卷筒机构7设置在腔体102内，蒙皮6沿罩壳2延伸方向的其中一侧边缘穿过壳体1表面插入腔体102内并卷绕在卷筒机构7上。
本发明的一种艉舵降噪设备的使用方法，采用本实施例的降噪设备，包括以下步骤。
步骤一，记忆形变件3为初始状态，加热机构4断开电源。
步骤二，加热机构4接通电源，加热层32通电并对记忆合金层31进行加热，记忆形变件3受热变形切换到形变状态，并使罩壳2远离壳体1表面的最远端与壳体1表面的间距增大，同时使蒙皮6弹性拉伸，带动卷筒机构7释放蒙皮6。
步骤三，加热机构4断开电源，记忆形变件3逐渐降温后，卷筒机构7回卷蒙皮6，蒙皮6挤压罩壳2使罩壳2远离壳体1表面的最远端与壳体1表面的间距缩小，并使记忆形变件3压缩复位到初始状态。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种艉舵降噪设备，设置在所述艉舵的壳体(1)上，其特征在于，包括：
罩壳(2)，罩设在所述壳体(1)表面上；
记忆形变件(3)，随温度变化发生形变且具有初始状态及至少一个形变状态；
其中，所述记忆形变件(3)设置在壳体(1)与罩壳(2)之间，所述记忆形变件(3)一端固设在壳体(1)表面且另一端固接在罩壳(2)远离壳体(1)表面的最远端内壁上，所述记忆形变件(3)受热变形切换到形变状态，并使所述记忆形变件(3)与罩壳(2)的连接端远离记忆形变件(3)与壳体(1)的连接端移动；
所述罩壳(2)远离壳体(1)表面的最远端与壳体(1)表面的间距随记忆形变件(3)形状变化而变化。
2.根据权利要求1所述的一种艉舵降噪设备，其特征在于：所述记忆形变件(3)的基材断面包括记忆合金层(31)及加热层(32)，所述记忆合金层(31)及加热层(32)分层叠加设置，所述加热层(32)为碳纳米纤维材料制成。
3.根据权利要求2所述的一种艉舵降噪设备，其特征在于，还包括：
加热机构(4)，设置在所述壳体(1)内并用于对加热层(32)进行加热；
其中，所述加热机构(4)为电源，所述电源的正负极分别连接记忆形变件(3)与罩壳(2)的连接端以及记忆形变件(3)与壳体(1)的连接端。
4.根据权利要求1所述的一种艉舵降噪设备，其特征在于：所述壳体(1)内开设有至少一个插槽(101)，所述插槽(101)其中一端贯穿壳体(1)表面与外界环境相连通；
所述罩壳(2)延伸方向至少一侧的边缘插入插槽(101)内，所述罩壳(2)插入插槽(101)的部分沿插槽(101)移动。
5.根据权利要求4所述的一种艉舵降噪设备，其特征在于，还包括：
抵持块(5)，设置在插槽(101)内壁上并相对于罩壳(2)移动；
其中，所述抵持块(5)朝向罩壳(2)移动并将罩壳(2)夹紧在抵持块(5)与插槽(101)内壁之间，或者所述抵持块(5)远离罩壳(2)移动并放开罩壳(2)。
6.根据权利要求1所述的一种艉舵降噪设备，其特征在于，还包括：
蒙皮(6)，用于蒙住罩壳(2)；
其中，所述蒙皮(6)两端设置在壳体(1)上并位于罩壳(2)延伸方向两侧，所述蒙皮(6)紧贴在罩壳(2)远离壳体(1)的表面上，所述蒙皮(6)具有弹性拉伸性能。
7.根据权利要求6所述的一种艉舵降噪设备，其特征在于，还包括：
卷筒机构(7)；
其中，所述壳体(1)内还开设有至少一个腔体(102)，所述腔体(102)设置在罩壳(2)延伸方向其中一侧；
所述卷筒机构(7)设置在腔体(102)内；
所述蒙皮(6)沿罩壳(2)延伸方向的其中一侧边缘穿过壳体(1)表面插入腔体(102)内并卷绕在卷筒机构(7)上。
8.根据权利要求1所述的一种艉舵降噪设备，其特征在于，还包括：
滑杆(8)，两端沿所述记忆形变件(3)与罩壳(2)的连接端的移动方向延伸；
其中，所述壳体(1)内还开设有滑槽(103)，所述滑槽(103)沿滑杆(8)轴向延伸且其中一端与外界环境相连通；
所述滑杆(8)一端固接在罩壳(2)远离壳体(1)表面的最远端内壁上，所述滑杆(8)另一端贯穿记忆形变件(3)并插入滑槽(103)内，所述滑杆(8)随罩壳(2)同步移动并使滑杆(8)插入滑槽(103)的部分沿滑槽(103)移动。
9.一种艉舵降噪设备的使用方法，采用权利要求1至8任意一项所述的降噪设备，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，所述记忆形变件(3)为初始状态，所述加热机构(4)断开电源；
步骤二，所述加热机构(4)接通电源，所述加热层(32)通电并对记忆合金层(31)进行加热，所述记忆形变件(3)受热变形切换到形变状态，并使所述罩壳(2)远离壳体(1)表面的最远端与壳体(1)表面的间距增大；
步骤三，所述加热机构(4)断开电源，所述记忆形变件(3)降温变形恢复到初始状态，并使所述罩壳(2)远离壳体(1)表面的最远端与壳体(1)表面的间距缩小。
10.根据权利要求9所述的一种艉舵降噪设备的使用方法，其特征在于：在所述步骤二中，所述罩壳(2)远离壳体(1)表面的最远端与壳体(1)表面的间距增大，并使所述蒙皮(6)弹性拉伸，带动所述卷筒机构(7)释放蒙皮(6)；
在所述步骤三中，所述记忆形变件(3)降温后，所述卷筒机构(7)回卷蒙皮(6)，所述蒙皮(6)挤压罩壳(2)使罩壳(2)远离壳体(1)表面的最远端与壳体(1)表面的间距缩小，并使所述记忆形变件(3)压缩复位到初始状态。
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2023
- 2023-08-08 CN CN202310989143.9A patent/CN117208181B/zh active Active
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