[發明專利]花瓣形通道-橡膠復合水下吸聲結構

在審

• 申請號: 202110990156.9
• 申請日: 2021-08-26
• 公開（公告）號: CN113823252A
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發明（設計）人: 盧天健;辛鋒先;于晨磊;段明宇
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學;西安交通大學
• 主分類號: G10K11/162
• 分類號: G10K11/162
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 韓天宇

本發明提供了一種花瓣形通道?橡膠復合水下吸聲結構，包括底板，底板表面開有若干花瓣形通道，橡膠填充入花瓣形通道內部，橡膠與花瓣形通道之間形成花瓣形通道?橡膠復合結構，橡膠在花瓣形通道上表面形成均質橡膠層，橡膠和底板底部之間留有空氣層。本發明可以很大程度提高粘彈性材料的吸聲性能。在設計方面具有更多的可調參數，包括結構參數以及材料參數，可根據實際工況需求進行相應調節。結構簡單，易于制造。

技術領域

本發明涉及水下吸聲復合結構技術領域，具體是一種花瓣形通道-橡膠復合水下吸聲結構。

背景技術

由于只有聲波能夠在水下進行長距離的傳播，因此被廣泛應用于水下信息傳遞與偵察。作為一種典型的反偵察方法，消聲瓦主要被用于覆蓋潛艇殼體，吸收敵方主動聲吶所發射出的聲波能量，能夠降低聲反射強度，減小可探測范圍，達到隱身的目的。粘彈性材料，如橡膠和聚氨酯，由于其聲阻抗與水相匹配，常被用作吸音層的基本材料。吸聲機理在于入射聲波引起粘彈性材料內部的聚合物鏈振動，分子內部的摩擦消耗了聲能。然而，由于粘彈性材料在低頻域固有的弱耗散性，對低頻聲音的吸收仍然是一個巨大的挑戰。再加上水中的低頻聲波波長較長，要想利用原有的均勻粘彈性材料有效衰減低頻吸聲，唯一的辦法就是增加材料的厚度，這與實際情況相互矛盾。目前主要的解決方法為是空腔共振結構式吸聲層如Alberich消聲層，即內部嵌入各種形狀的孔腔。當入射聲波的頻率接近空腔的固有頻率時，聚合物鏈的振動加劇，聲能因分子內摩擦而嚴重耗散。但共振消聲結構的吸聲頻帶寬較窄，并且由于空腔對水壓較為敏感，不能滿足深海條件的實際需求。故目前對于水下寬帶吸聲結構以及耐水壓吸聲結構的設計依然存在挑戰。

發明內容

本發明為了解決現有技術的問題，提供了一種花瓣形通道-橡膠復合水下吸聲結構，通過結構的合理設計提高吸聲橡膠的水下吸聲性能，解決了粘彈性材料寬頻吸聲性能較差的難題。

本發明包括底板，底板表面開有若干花瓣形通道，橡膠填充入花瓣形通道內部，橡膠與花瓣形通道之間形成花瓣形通道-橡膠復合結構，橡膠在花瓣形通道上表面形成均質橡膠層，橡膠和底板底部之間留有空氣層；所述的花瓣形通道由函數r(x)確定，計算如下：r(x)＝r[1-2εcos(nx)]，其中r為基準孔徑，ε為相對粗糙度，n為空間波數，x為以軸向無量綱化坐標，基準孔徑r為9～35mm，對粗糙度ε為0～0.1，空間波數n為0～10。

花瓣形通道的壁面采用金屬材料或碳纖維/玻璃纖維復合材料制得，以保證足夠的剛度和與橡膠之間的聲阻抗差異。

進一步的，花瓣形通道由在均勻材料上開孔構成，高度為10～50mm.

進一步的，花瓣形通道為四方排布或六方密排，排布周期為10～36mm。

進一步的，花瓣形通道填充橡膠等粘彈性材料，不限于橡膠，密度為800～1400kg/m³。

具體的，橡膠的橫波聲速為500～2000m/s，橫波損耗因子為0.01～0.3；縱波聲速為30～300m/s，縱波損耗因子大于0.5。

進一步的，橡膠與底板之間設置空氣層，厚度為1～10mm。

進一步的，花瓣形通道-橡膠復合水下吸聲結構上表面覆蓋一層均勻橡膠，均質橡膠層的厚度為1～10mm。

進一步的，花瓣形通道-橡膠復合層厚度為20～50mm。

進一步的，花瓣形通道-橡膠復合水下吸聲結構的整體厚度為30～60mm。

進一步的，花瓣形通道-橡膠復合水下吸聲結構在900～10000Hz的吸聲系數大于0.8，平均吸聲系數大于0.85。