RU2770257C1

RU2770257C1 - Controlled hydro-acoustic coating

Info

Publication number: RU2770257C1
Application number: RU2021127523A
Authority: RU
Inventors: Александр Петрович Старостин; Юлия Викторовна Евстратова; Дмитрий Владимирович Кривошапкин; Константин Михайлович Рубин; Ольга Вячеславовна Битель; Виктория Владимировна Бармашова
Priority date: 2021-09-17
Filing date: 2021-09-17
Publication date: 2022-04-14

Abstract

FIELD: hydroacoustic protection.

SUBSTANCE: invention relates to the field of hydroacoustic protection of underwater objects. A controlled hydroacoustic coating is a sealed plate made of a rubber-like material containing air cavities. The plate is made of two elements - upper and lower, interconnected through a layer of rolled rubber with vertical cavities without reinforcing elements on the upper element and cylindrical cavities with reinforcing elements of the "glass of sake" type on the lower element, having a minimum contact area with the upper and side walls cavities, with horizontal air channels passing between the cylindrical and vertical cavities along the entire length of the element at a distance not less than the diameter of the channel.

EFFECT: controlled hydroacoustic coating improves the acoustic efficiency in absorbing coatings used to reduce the noise levels of an object in water under the influence of hydrostatic pressure, as well as increase strength and reduce weight while maintaining piezo stability.

3 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

Настоящее изобретение относится к области гидроакустики, а именно - к средствам гидроакустической защиты - гидроакустическим покрытиям (ГАП), и может быть преимущественно использовано для обеспечения снижения уровней первичного и вторичного полей защищаемого объекта в воде при воздействии гидростатического давления.The present invention relates to the field of hydroacoustics, namely to the means of hydroacoustic protection - hydroacoustic coatings (HAP), and can be mainly used to reduce the levels of the primary and secondary fields of the protected object in water when exposed to hydrostatic pressure.

Одним из способов снижения уровней шума и вибрации, производимых различного рода оборудованием, является применение вибро-звукоизолирующих устройств, выполняемых, как правило, из эластичных резиноподобных материалов, содержащих воздушные полости, являющиеся акустическими элементами.One of the ways to reduce noise and vibration levels produced by various types of equipment is the use of vibration-sound insulating devices, made, as a rule, from elastic rubber-like materials containing air cavities, which are acoustic elements.

В области гидроакустики известен ряд устройств, например патент 2431891 «Пластина гидроакустической защиты». Пластина, имеющая акустический слой из высокоэластичного материала, пронизанный равномерно расположенными по площади пластины каналами переменного сечения, герметически закрытыми с наружной и внутренней сторон защитными слоями, упомянутые каналы заполнены вспененным высокоэластичным материалом. Выполнение каналов пластины с заполнением пористым высокоэластичным материалом уменьшает деформации основного высокоэластичного материала пластины при повышенных гидростатических давлениях, что предотвращает схлопывание каналов, приводящее к потере акустической эффективности покрытия.In the field of hydroacoustics, a number of devices are known, for example patent 2431891 "Sonar protection plate". A plate having an acoustic layer made of a highly elastic material, pierced by channels of variable cross section evenly spaced over the area of the plate, hermetically sealed from the outer and inner sides with protective layers, said channels are filled with foamed highly elastic material. The implementation of the plate channels filled with a porous highly elastic material reduces the deformation of the main highly elastic material of the plate at elevated hydrostatic pressures, which prevents the channels from collapsing, leading to a loss of acoustic efficiency of the coating.

Наиболее близким по технической сущности аналогом предлагаемого изобретения является патент №2340012 «Гидроакустическое покрытие». В качестве основных армирующих элементов, обеспечивающих эффективность указанной конструкции, используются слои эластомерного материала с воздушными полостями, благодаря которым обеспечивается поглощение звуковой волны. Применение в гидроакустических покрытиях армирующих элементов связано с возможностью обеспечивать стабильность состояния воздушных полостей при воздействии внешних сил, направленных на их сжатие. Кроме того, данные элементы направлены на повышение эксплуатационных характеристик покрытий.The closest in technical essence analogue of the present invention is patent No. 2340012 "Hydroacoustic coating". As the main reinforcing elements that ensure the effectiveness of this design, layers of elastomeric material with air cavities are used, due to which sound wave absorption is provided. The use of reinforcing elements in hydroacoustic coatings is associated with the ability to ensure the stability of the state of air cavities under the influence of external forces aimed at compressing them. In addition, these elements are aimed at improving the performance of coatings.

Недостатками перечисленных патентов является то, что они не обеспечивают должный уровень акустической эффективности при повышенных гидростатических давлениях и их специальными акустическими параметрами невозможно управлять.The disadvantages of these patents is that they do not provide the proper level of acoustic efficiency at elevated hydrostatic pressures and their special acoustic parameters cannot be controlled.

Наиболее близким по технической сущности аналогом предполагаемого изобретения - его прототипом является патент 2596834 «Способ изготовления вибро-звукоизолирующего устройства и вибро-звукоизолирующее устройство, получаемое по этому способу, а также армирующий элемент, используемый в этом устройстве», который включает образование воздушной полости в упругодиссипативном элементе из резиноподобного материала. Полость перекрывают армирующими элементами. Армирующие элементы выполняются в виде выпуклых элементов. Элементы по центральной части соединяют общим стержнем. Образованные полости закрывают крышкой. Армирующие элементы и общий стержень выполняют за одно целое из наполненного стеклопластиком полиамида.The closest in technical essence analogue of the proposed invention - its prototype is patent 2596834 "A method of manufacturing a vibration-sound insulating device and a vibration-sound insulating device obtained by this method, as well as a reinforcing element used in this device", which includes the formation of an air cavity in an elastically dissipative rubber element. The cavity is covered with reinforcing elements. Reinforcing elements are made in the form of convex elements. The elements in the central part are connected by a common rod. The formed cavities are closed with a lid. The reinforcing elements and the common rod are made in one piece from fiberglass-filled polyamide.

Недостатками известного устройства, принятого за прототип являются:The disadvantages of the known device, taken as a prototype are:

- отсутствие возможности управления акустическими параметрами покрытия;- inability to control the acoustic parameters of the coating;

- вибро-звукоизолирующее устройство и армирующий элемент, используемый в этом устройстве, будучи использованы в качестве составной части гидроакустического покрытия, обладают недостаточной эффективностью при повышенных гидростатических давлениях из-за сплошной площади контакта по верхней и нижней плоскостям цилиндрической полости;- the vibration-soundproofing device and the reinforcing element used in this device, being used as an integral part of the hydroacoustic coating, are insufficiently effective at elevated hydrostatic pressures due to the continuous contact area along the upper and lower planes of the cylindrical cavity;

- передача части звуковой энергии от источника шума и вибрации в окружающую среду, что обусловлено невысоким коэффициентом механических потерь используемого для его изготовления материала и конфигурацией армирующих элементов.- transfer of part of the sound energy from the source of noise and vibration to the environment, which is due to the low coefficient of mechanical losses of the material used for its manufacture and the configuration of the reinforcing elements.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание нового управляемого гидроакустического покрытия с достижением следующих технических результатов: управления акустической эффективностью конструкции, уменьшение доли звуковой энергии, передаваемой от источника шума и вибрации в окружающую среду.The task to be solved by the present invention is the creation of a new controlled hydroacoustic coating with the achievement of the following technical results: control of the acoustic efficiency of the structure, reduction of the proportion of sound energy transmitted from the source of noise and vibration to the environment.

Другими техническими результатами являются:Other technical results are:

- создание технологии изготовления управляемого гидроакустического покрытия;- creation of a technology for manufacturing a controlled hydroacoustic coating;

- повышение акустической эффективности в поглощающих покрытиях, применяемых для снижения уровней шума объекта, находящегося в воде под воздействием гидростатического давления;- increasing the acoustic efficiency in absorbing coatings used to reduce the noise levels of an object in water under the influence of hydrostatic pressure;

- повышение прочности и уменьшение массы с сохранением пьезостабильности работы;- increase in strength and decrease in weight while maintaining the piezo stability of work;

- использование конструкции армирующего элемента, повышающую точность его изготовления и обуславливающую более высокие эксплуатационных характеристик покрытий.- the use of the design of the reinforcing element, which increases the accuracy of its manufacture and causes higher performance characteristics of the coatings.

Технический результат обеспечивается тем, что управляемое гидроакустическое покрытие, представляющее собой герметичную пластину из резиноподобного материала, содержащего воздушные полости, отличающееся тем, что пластина выполнена их двух элементов - верхнего и нижнего, соединенных между собой через слой рулонной резины с вертикальными полостями без армирующих элементов на верхнем элементе и цилиндрическими полостями с армирующими элементами типа «рюмка сакэ» на нижнем элементе, имеющими минимальную площадь контакта с верхней и боковой стенками полости, с проходящими между цилиндрическими и вертикальными полостями горизонтальными воздушными каналами по всей длине элемента на расстоянии не менее диаметра канала.The technical result is ensured by the fact that a controlled hydroacoustic coating, which is a sealed plate of a rubber-like material containing air cavities, characterized in that the plate is made of two elements - upper and lower, interconnected through a layer of rolled rubber with vertical cavities without reinforcing elements on upper element and cylindrical cavities with reinforcing elements of the “glass of sake” type on the lower element, having a minimum area of contact with the upper and side walls of the cavity, with horizontal air channels passing between the cylindrical and vertical cavities along the entire length of the element at a distance not less than the diameter of the channel.

А также, верхний и нижний элементы и рулонная резина выполнены из акустической резины с добавлением трансполинорборнена с содержанием 5-30 мас. ч.And also, the upper and lower elements and rolled rubber are made of acoustic rubber with the addition of transpolynorbornene with a content of 5-30 wt. h.

А также, не менее 50% объема воздушных полостей и каналов имеет управляемое внутреннее давление.And also, at least 50% of the volume of air cavities and channels has a controlled internal pressure.

Сущность изобретения поясняется чертежом. На фиг. 1 изображено поперечное сечение управляемого гидроакустического покрытия,The essence of the invention is illustrated in the drawing. In FIG. 1 shows a cross section of a controlled hydroacoustic coating,

где:where:

1 - воздушные полости;1 - air cavities;

2 - горизонтальные воздушные каналы;2 - horizontal air channels;

3 - армирующий элемент;3 - reinforcing element;

4 - разделительный слой из рулонной резины;4 - separating layer of rolled rubber;

5 - верхний элемент;5 - top element;

6 - нижний элемент;6 - bottom element;

На фиг. 2 представлен вид управляемого гидроакустического покрытия в продольном сечении по плоскости сечения воздушного канала и армирующих элементов.In FIG. 2 shows a view of a controlled hydroacoustic coating in a longitudinal section along the sectional plane of the air channel and reinforcing elements.

Устройство работает следующим образом, обеспечивая высокую звукоизоляцию и эффективность по отражению при повышенных гидростатических давлениях. При действии высокого внешнего гидростатического давления воздушные каналы и создаваемое управляемое противодавление в каналах препятствует их схлопыванию, одновременно оставляя стенки воздушных полостей и каналов эластичными. При этом создаются оптимальные условия для поглощения энергии падающей акустической волны в широком диапазоне частот.The device operates as follows, providing high sound insulation and reflection efficiency at elevated hydrostatic pressures. Under the action of high external hydrostatic pressure, the air channels and the generated controlled back pressure in the channels prevent their collapse, while leaving the walls of the air cavities and channels elastic. In this case, optimal conditions are created for absorbing the energy of an incident acoustic wave in a wide frequency range.

Было проведено экспериментальное сопоставление эффективности по звукоизоляции образцов предложенного управляемого гидроакустического покрытия и прототипа. Для этого в гидроакустической трубе и бассейне переменного давления измерялась акустическая эффективность соответствующих образцов и крупномасштабных макетов размером 1,4×1,8 м, толщиной, равной толщине покрытия-прототипа при гидростатическом давлении свыше 3 МПа в рабочем диапазоне частот.An experimental comparison of the soundproofing efficiency of the samples of the proposed controlled hydroacoustic coating and the prototype was carried out. To do this, in a hydroacoustic tube and a variable pressure pool, the acoustic efficiency of the corresponding samples and large-scale mock-ups measuring 1.4 × 1.8 m, with a thickness equal to the thickness of the prototype coating at a hydrostatic pressure of more than 3 MPa in the operating frequency range, was measured.

В таблице 1 представлены прочностные и акустические характеристики прототипа и предлагаемого управляемого гидроакустического покрытия.Table 1 presents the strength and acoustic characteristics of the prototype and the proposed controlled hydroacoustic coating.

Из таблицы 1 видно, что предлагаемое управляемое гидроакустическое покрытие обеспечивает повышенную звукоизоляцию и эффективность по отражению по сравнению с прототипом при гидроакустическом давлении свыше 3 МПа в рабочем диапазоне частот. С возрастанием гидростатического давления преимущество предлагаемого управляемого гидроакустического покрытия увеличивается. Одновременно при постоянном гидростатическом давлении можно управлять акустическими параметрами покрытия.Table 1 shows that the proposed controlled hydroacoustic coating provides increased sound insulation and reflection efficiency compared to the prototype at hydroacoustic pressures over 3 MPa in the operating frequency range. With increasing hydrostatic pressure, the advantage of the proposed controlled hydroacoustic coating increases. At the same time, at a constant hydrostatic pressure, it is possible to control the acoustic parameters of the coating.

Эффективность предлагаемой конструкции экспериментально подтверждена в лабораторных условиях.The effectiveness of the proposed design has been experimentally confirmed in laboratory conditions.

Предлагаемая конструкция показала преимущество по акустической эффективности при повышенном гидростатическом давлении по сравнению с покрытием-прототипом, что позволяет рекомендовать использовать его как эффективное средство гидроакустической защиты.The proposed design showed an advantage in acoustic efficiency at elevated hydrostatic pressure compared to the prototype coating, which allows us to recommend using it as an effective means of hydroacoustic protection.

Таким образом, за счет использования новой конструкции гидроакустического покрытия достигается управление акустической эффективностью конструкции, уменьшение доли звуковой энергии, передаваемой от источника шума и вибрации в окружающую среду, что выгодно отличает его от прототипа.Thus, through the use of a new design of the hydroacoustic coating, the acoustic efficiency of the structure is controlled, the fraction of sound energy transmitted from the source of noise and vibration to the environment is reduced, which distinguishes it favorably from the prototype.

Claims

1. Controlled hydroacoustic coating, which is a sealed plate of a rubber-like material containing air cavities, characterized in that the plate is made of two elements - upper and lower, interconnected through a layer of rolled rubber with vertical cavities without reinforcing elements on the upper element and cylindrical cavities with reinforcing elements of the "glass of sake" type on the lower element, having a minimum area of contact with the upper and side walls of the cavity, with horizontal air channels passing between the cylindrical and vertical cavities along the entire length of the element at a distance not less than the diameter of the channel.

2. Controlled hydroacoustic coating according to claim 1, characterized in that the upper and lower elements and rolled rubber are made of acoustic rubber with the addition of transpolynorbornene with a content of 5-30 wt. h.

3. Controlled hydroacoustic coating according to claim 1, characterized in that at least 50% of the volume of air cavities and channels has a controlled internal pressure.