[發明專利]一種環形開槽低頻水下吸聲深亞波長超結構

有效

• 申請號: 202010485712.2
• 申請日: 2020-06-01
• 公開（公告）號: CN111696505B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 辛鋒先;盧天健;段明宇;于晨磊
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;南京航空航天大學
• 主分類號: G10K11/172
• 分類號: G10K11/172;G10K11/162
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 高博

本發明公開了一種環形開槽低頻水下吸聲深亞波長超結構，元胞為正方體型結構，元胞內多個環形開槽呈同心圓排布，環形開槽在水平方向上位于橡膠的中央，環形開槽在豎直方向位于橡膠的下側，多個元胞陣列設置構成環形開槽低頻水下吸聲深亞波長超結構。本發明結構實現了深亞波長尺寸結構的低頻完美吸聲，可以鋪設于水下裝備表面，實現水下低頻減振降噪的需求，具有很廣泛的工程應用前景，為水下裝備的低頻減振降噪問題提供了全新的解決方案。

技術領域

本發明屬于水下吸聲技術領域，具體涉及一種環形開槽低頻水下吸聲深亞波長超結構。

背景技術

聲波是目前唯一能夠在水下遠距離傳輸信息的通信方式，因此對于水下結構來說，其減振降噪問題一直是水聲領域的重大工程問題。由于水下低頻聲波的波長較長，1000Hz的聲波波長可達到1.5m，遠遠大于一般吸聲結構的尺寸，因此相對于高頻聲波而言，低頻聲波更加難于處理。

對此，研究人員針對水背襯、鋼背襯以及空氣背襯下的水下吸聲結構展開了廣泛的研究。目前水下吸聲結構以Alberich型吸聲覆蓋層和局域共振型聲子晶體為主，其中在水下聲波的激勵下，Alberich型吸聲覆蓋層中空腔上側的阻尼層會發生鼓狀振動；同時，由于阻尼介質與空腔內空氣聲阻抗的不匹配，會使得聲波在空腔表面發生散射；此外，在聲波入射到空腔表面時還會發生波形轉換，以上即為Alberich型吸聲覆蓋層的吸聲機理。以上所述局域共振型聲子晶體，即為一種在具有阻尼作用的固體介質中內嵌周期性局域共振體的水下吸聲結構。在低頻范圍內，局域共振型聲子晶體的吸聲機理主要是局域共振體在聲波激勵下的共振造成的剪切損耗；在頻率較高時，局域共振型聲子晶體的主要吸聲機理是局域共振體對固體中聲波的散射作用。目前階段的研究主要基于以上兩種結構形式進行尺寸和材料性能優化設計，目前已經能夠實現2000Hz以上的寬帶吸聲，但在1000Hz及以下的低頻范圍內，對聲波的完全吸收還難以實現。除此之外的一些研究則提出了一些相對較為復雜的結構以實現低頻吸聲，但結構的復雜性不利于工程應用。

總的來看，盡管現有的結構能夠實現較寬的吸聲頻帶或較低的吸聲頻率，但實際工程應用中還存在以下問題：

(1)深亞波長結構對低頻聲波的吸收難以實現；

(2)低頻吸聲結構普遍較為復雜，不利于工程應用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種環形開槽低頻水下吸聲深亞波長超結構，超結構橡膠一側為水聲入射側，鋼板一側為空氣背襯，解決深亞波長結構對低頻聲波的吸收難以實現的難題。

本發明采用以下技術方案：

一種環形開槽低頻水下吸聲深亞波長超結構，包括正方體結構的元胞，元胞的內部呈同心圓排布設置有多個環形開槽，元胞包括橡膠，橡膠下側與鋼板連接，環形開槽設置在橡膠內，多個元胞陣列設置構成環形開槽低頻水下吸聲深亞波長超結構。

具體的，環形開槽在水平方向上位于橡膠的中央，環形開槽在豎直方向位于橡膠的下側。

具體的，橡膠的厚度為30～50mm。

進一步的，鋼板的厚度為10～20mm。

具體的，環形開槽的高度為10～20mm。

具體的，環形開槽的槽寬為0.5～1.5mm。

具體的，相鄰環形開槽之間的橡膠厚度為1～2mm。

進一步的，環形開槽的數量為6個。

具體的，元胞的邊長為40～60mm。

與現有技術相比，本發明至少具有以下有益效果：