[發明專利]一種可實現減振隔熱一體化的雙諧振分層超材料

在審

• 申請號: 202210384642.0
• 申請日: 2022-04-13
• 公開（公告）號: CN114898731A
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 陳文炯;王小鵬;門志超
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G10K11/168
• 分類號: G10K11/168
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 戴風友

本發明公開了一種可實現減振隔熱一體化的雙諧振分層超材料，包括表層、分離層、第一諧振層、連接層、第二諧振層、分離層、表層。表層是均勻的固體覆蓋板；分離層與表層和諧振層相鄰，由正方體和長方體相間組成方格；諧振層由多個同心阿基米德螺旋線組成的螺旋孔洞排列在薄板上形成局部諧振單元，第一諧振層與第二諧振層的諧振頻率不同；連接層連接第一諧振層與第二諧振層，由正方體和長方體相間組成方格。本發明能夠根據具體空間的大小和形狀需求，快速構建可實現減振隔熱一體化的雙諧振分層超材料，根據需求實現不同程度的減振隔熱，操作方便易于實現，工程實用性強。

技術領域

本發明涉及超材料設計領域。具體而言，尤其涉及一種可實現減振隔熱一體化的雙諧振分層超材料。

背景技術

高超聲速飛行器的尾噴管是高超飛行器一體化的重要部分，是體現氣動/推進系統耦合的重要部件，同時，也是重要的氣動型面，其性能好壞影響整個飛行器的飛行品質。超燃沖壓發動機噴氣噪聲包括混合噴氣噪聲及激波寬頻噪聲，聲壓級可達到150～160dB，噴流噪聲會引起排氣道環形聲襯開裂、聲振疲勞破壞等，因此，如何降低尾噴管的振動與噪聲至關重要。對于高超聲速飛行器，速度可達5馬赫數以上，伴隨著高熱流的產生，高溫環境使得材料的結構性能大大降低。超燃沖壓發動機的射流在尾噴管處可產生高達10⁶W/m²的高熱流，溫度甚至可達3000K以上，高溫環境使得材料的結構性能大大降低，這對飛行器的材料和結構性能產生非常大的影響。因此，如何實現尾噴管處的熱控至關重要。

機械超材料是人工超構材料研究領域的新興分支，由傳統材料制成，可實現新奇的超常規機械/力學特性。研究表明，由周期性分布的具有特殊微結構的單胞所組成的超材料，是一種典型的色散介質，其能帶圖上無本征波色散曲線的頻率范圍稱為帶隙，帶隙內的彈性波或聲波無法在介質中傳播，從而可用于高效的振動和噪聲隔斷。通過調節人工周期結構的幾何/材料參數，可以實現調控帶隙位置、寬度及其對波傳播的抑制能力。

目前，應用于振動控制方面的聲學超材料專利很多，但其減振降噪的諧振頻段往往與材料密度或模量，以及使用溫度范圍有很大的相關性，一般無法應用于高溫環境。然而，高超聲速飛行器尾噴管的物理場十分復雜，由于輕量化和安裝空間的限制，往往需要超材料既能夠減振降噪，又能夠同時隔熱，同時尺寸又不能太大，并且輕質。

綜合分析發現，在有限空間實現減振隔熱一體化方面，現有的聲學超材料在高溫環境其減振降噪特性受到很大影響，另外高溫環境對結構的安全與性能也存在很大的威脅。因此，可實現減振隔熱一體化的雙諧振分層超材料設計尤為重要。另外，隨著增材制造技術的發展，可以實現減振隔熱一體化的雙諧振分層超材料的制造。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供一種可實現減振隔熱一體化的雙諧振分層超材料，通過將均勻材料加工成特定厚度層進行堆疊，堆疊順序按照表層、分離層、第一諧振層、連接層、第二諧振層、分離層、表層依次排列，獲得可實現減振隔熱一體化，并且適合大規模制造和尺寸靈活可調的雙諧振分層超材料。為保證減振隔熱過程中結構的穩定性和有效性，本發明的各層經過了謹慎設計以獲得具有符合一體化要求拓撲構型；

本發明采用的技術手段如下：

一種可實現減振隔熱一體化的雙諧振分層超材料，包括第一表層、第一分離層、第一諧振層、連接層、第二諧振層、第二分離層、第二表層。為了實現減振和隔熱效應，各組層具有其特定的材料特性、厚度和單胞的設計/拓撲構型。

所述的第一表層、第一分離層、第一諧振層、連接層、第二諧振層、第二分離層、第二表層依次相連。

所述的第一表層與第二表層是均勻的固體覆蓋板，采用耐高溫材料，用于支撐各組層的堆疊和對結構的保護。

所述的第一分離層、第二分離層由多個正方體和長方體相間組成方格。

所述的第一諧振層、第二諧振層由多個同心阿基米德螺旋線組成的螺旋孔洞排列在薄板上形成局部諧振單元；