[發(fā)明專利]一種帶有功能梯度板的耦合共振型水下聲學(xué)覆蓋層

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911098100.1
• 申請日: 2019-11-12
• 公開（公告）號: CN110956946B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 靳國永;師康康;葉天貴;王雪仁;薛亞強(qiáng);唐宇航;高晟耀;李欣
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: G10K11/168
• 分類號: G10K11/168;G10K11/172;B32B3/26;B32B25/14;B32B15/20;B32B15/06;B32B9/00;B32B9/04;B32B7/02;B32B33/00
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本發(fā)明提供的是一種帶有功能梯度板的耦合共振型水下聲學(xué)覆蓋層。包括外覆蓋層、內(nèi)覆蓋層和功能梯度板，外覆蓋層和內(nèi)覆蓋層鋪設(shè)在功能梯度板的兩側(cè)，外覆蓋層和內(nèi)覆蓋層內(nèi)均有周期性空腔，外覆蓋層中空腔與內(nèi)覆蓋層中空腔位置一一對應(yīng)、形狀互不相同。外覆蓋層和內(nèi)覆蓋層鋪設(shè)在功能梯度板的兩側(cè)，三者以此種方式耦合提高了聲學(xué)覆蓋層低頻范圍的吸聲性能，并有效地拓寬了覆蓋層的吸聲頻率范圍。使得功能梯度板的動力學(xué)行為對覆蓋層吸聲特性的影響占主導(dǎo)作用。由于功能梯度板的共振效應(yīng)，空腔與功能梯度板之間能夠在低頻范圍能夠產(chǎn)生耦合共振，能夠?qū)Φ皖l聲波產(chǎn)生強(qiáng)吸收作用，同時，增強(qiáng)了在特定頻率下聲學(xué)覆蓋層的共振效應(yīng)，增強(qiáng)了聲波的能量耗散。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種減振降噪材料，具體地說是一種應(yīng)用在水下航行器表面的聲學(xué)覆蓋層結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

近些年，聲學(xué)覆蓋層的聲學(xué)特性研究已經(jīng)成為了一個熱門的研究領(lǐng)域，隨著聲吶探測技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，聲學(xué)覆蓋層向著低頻，寬頻吸聲的研究方向發(fā)展，以滿足水下航行器的聲學(xué)技術(shù)需求。

隨著聲學(xué)超材料這一概念的提出，由于其特有的物理特性，聲學(xué)超材料在減振降噪領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但是其在水下吸、隔聲方向的應(yīng)用研究比較少見。從已公開的文獻(xiàn)可以看出，傳統(tǒng)的聲學(xué)超材料的確具有較好的吸聲性能，但是其吸聲頻率范圍較窄，僅在共振頻率附近，這難以達(dá)到水下航行器的聲學(xué)技術(shù)要求。

綜上所述，傳統(tǒng)的聲學(xué)材料由于其吸聲頻帶較窄限制了其在水下吸聲方面的應(yīng)用，為此，設(shè)計一種帶有功能梯度板的組合空腔耦合共振型水下聲學(xué)覆蓋層來改善傳統(tǒng)聲學(xué)超材料的這一不足是非常有必要的，然而，查閱國內(nèi)外文獻(xiàn)，并未發(fā)現(xiàn)相關(guān)方面的研究工作。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種具有良好的降噪效果的帶有功能梯度板的耦合共振型水下聲學(xué)覆蓋層。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

包括覆蓋層，所述的覆蓋層包括外覆蓋層1和內(nèi)覆蓋層3，還包括功能梯度板2，外覆蓋層1和內(nèi)覆蓋層3鋪設(shè)在功能梯度板2的兩側(cè)實(shí)現(xiàn)三者耦合，外覆蓋層1和內(nèi)覆蓋層3內(nèi)均有周期性空腔，外覆蓋層1中空腔與內(nèi)覆蓋層3中空腔位置一一對應(yīng)、形狀互不相同。

本發(fā)明還可以包括：

1.所述空腔的形狀為圓柱、圓臺或方柱，內(nèi)覆蓋層3空腔的形狀根據(jù)外覆蓋層1空腔的形狀確定。

2.外覆蓋層1和內(nèi)覆蓋層3的材質(zhì)均為聚氨酯吸聲橡膠；功能梯度板2是由兩種或兩種以上的材料復(fù)合而成。

3.功能梯度板2各材料的屬性沿厚度方向呈連續(xù)梯度變化，通過改變功能梯度板的材料組分比，調(diào)節(jié)功能梯度板的動力學(xué)特性。

4.功能梯度板是由鋁和氧化鋯陶瓷復(fù)合而成。

本發(fā)明提供了一種帶有功能梯度板的耦合共振型水下聲學(xué)覆蓋層，該覆蓋層具有良好的降噪效果，特別是針對特定頻率的入射聲波的降噪效果良好。

本發(fā)明是一種帶有功能梯度板的耦合共振型水下聲學(xué)覆蓋層結(jié)構(gòu)，從聲波入射方向，該覆蓋層依次由外覆蓋層1、功能梯度板2、內(nèi)覆蓋層3組成。外覆蓋層1和內(nèi)覆蓋層3主要材質(zhì)均為聚氨酯吸聲橡膠，外覆蓋層1和內(nèi)覆蓋層3均有周期性空腔結(jié)構(gòu)。功能梯度板2由2種或多種材料復(fù)合而成。

功能梯度板2各材料屬性沿厚度方向呈連續(xù)梯度變化，可按所需吸聲頻段調(diào)配。

外覆蓋層1和內(nèi)覆蓋層3均具有周期性空腔結(jié)構(gòu)，其中外覆蓋層1中空腔與內(nèi)覆蓋層3中空腔一一對應(yīng)，二者的空腔形狀存在著最佳的對應(yīng)關(guān)系。

本發(fā)明的聲學(xué)作用機(jī)理簡述如下：

聲波從外覆蓋層1一側(cè)入射，由于外覆蓋層1的聲阻抗與水介質(zhì)的聲阻抗非常接近，聲波更容易進(jìn)入到聲學(xué)覆蓋層內(nèi)部，不在表面發(fā)生反射；而聚氨酯吸聲材料的阻尼性能優(yōu)異，聲能在彈性馳豫、內(nèi)摩擦等作用下轉(zhuǎn)化為熱能耗散。