专利名称：一种火山石消声瓦的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种火山石消声瓦及制作方法，尤其是用火山石与合成橡胶制成的消声瓦，属于消声、减振和降噪技术领域。
背景技术：
水下运动体在水下运动时，由于体积巨大、并且其结构呈现为圆柱状刚体，因此对敌方的主动声纳探测信号存在着较强的反射，即目标强度高，很容易被敌方目标探测到，不利于己方的隐蔽性与安全性。另外，水下运动体在水下运动时，由于螺旋降的转动、机械的往复振动及流体运动，往往会产生较强的辐射噪声。若水下运动体的辐射噪声级较高，很容易被敌方被动声纳探测到，不利于己方隐蔽性与安全性；同时水下运动体本身的自噪声太高，还会严重影响自身声纳的探测作用距离。为解决水下运动体的消声问题，通常做法是在水下运动体表面铺设一层消声瓦。消声瓦是一种对水下运动体降噪十分明显的一种措施，也是目前最行之有效的一种降低潜艇噪声的方法，消声瓦能够有效地降低敌方的主动声纳探测信号的反射强度。目前各发达国家所装备的新型常规潜艇及核潜艇，基本上都采用了不同形式的消声瓦。但现有消声瓦技术，在降低水下运动体的辐射噪声与自噪声方面还存在诸多不足，如，抑制水下运动体自身振动和隔离运动噪声辐射的效果不够理想，特别是对低频声波的吸收效果差效，水下运动体自身声纳工作环境和探测距离需要改善和提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种火山石消声瓦，它吸收主动声纳声波、降低声波反射强度、减少主动声纳探测距离的同时，通过利用火山石自身所具有的特性，减低水下运动体自身产生的振动，隔离水下运动体内各振动源通过艇体所产生的水下辐射噪声,在降低本体噪音的同时，改善水下运动体声纳的工作条件，有效的提高水下运动体声纳的探测距离。本发明火山石消声瓦的技术方案是:火山石消声瓦由一个天然火山石空心框体(4)、数个放置在天然火山石空心框体(4)中的天然火山石圆锥体(5)及用于将天然火山石空心框体(4)与数个天然火山石圆锥状(5)拼接组合体硫化封装的合成橡胶块(3)构成，天然火山石方形空心框体(4)上表面板外壁和下表面板外壁都具有一定弧度，天然火山石空心框体(4)的上表面板上开有数个通孔(7)，天然火山石圆锥体(5)的底部朝上放置到通孔
(7)内，天然火山石圆锥体(5)的锥底与天然火山石空心框体(4)的上表面板外壁相互保持平齐平整，天然火山石圆锥体(5)的锥顶部朝下放置，与天然火山石空心框体(4)的下表面板内壁接触，合成橡胶块(3)将放置有数个天然火山石圆锥状(5)的天然火山石空心框体
(4)整体硫化封装，形成一个火山石消声瓦。所述天然火山石中的孔洞为自然形成的孔洞，孔洞大小呈自然分布而成且为不均匀状，孔隙率在20-96%范围。
所述的天然火山石空心框体(4)可直接采用天然火山石机械切割一次成型，或者将天然火山石切割为四块方形板块后相互拼接构成，或者将天然火山石切割为两块L形板相互拼接而成。天然火山石圆锥体(5)可是圆锥体形状或者吸声尖劈(8)形状。所选用的天然火山石为英伦黑小孔火山石、英伦黑中孔火山石、玛雅黑小孔火山石、雅典灰中孔火山石、罗马灰微孔火山石或者欧尚灰大孔火山石中的一种或多种。所述的天然火山石特最好是产于云南省腾冲县的火山石。所述的合成橡胶3内呈有无规则尺寸与形状的孔洞。常规消声瓦降噪原理是在水下运动体与海水之间产生阻抗匹配，使声波能够传入消声瓦内，通过消声瓦材料的阻尼作用、以及瓦内空腔或填充物的作用，使声波的波形发生变换，从而使声波减弱或完全被吸收。本发明工作原理:依据然火山石空心框体4与合成橡胶3内的细小微孔的阻尼作用，以及圆锥体状的然火山石空心框体中所形成的空腔作用，当主动声纳发出的声波作用于本发明火山石消声瓦时，然火山石空心框体4与合成橡胶3内的细小微孔和火山石圆锥体5所形成的空腔可以使高频声波及低频声波的波形发生改变形成剪切波，剪切波在大量的细小微孔中将其热量消耗掉，从而使声波减弱或完全被吸收，可以显著降低探测方主动声纳声波的反射强度，进而可降低探测方主动声纳的作用距离。当水下运动体自身产生的振动和水下运动体内机器噪声作用于本发明火山石消声瓦时，同样原理，火山石可以显著降低水下运动体的辐射噪声与自噪声，进而可降低探测方被动声纳的探测距离。本发明的目的在于提供一种能降低水下运动体的目标强度、降低其辐射噪声与自噪声，以减少水下运动体不被敌方目标所探测，到从而保证己方的隐蔽性与安全性。本发明有益效果是:`
①以火山石为主要原理制作的火山石消声瓦，吸收了主动声纳的声波，降低或消除了主动声纳的声波的反射强度；
②以圆锥状火山石之间所形成的空腔特别对低频段的主动声纳的声波，有着较强的吸收效果，可显著降低或消除主动声纳的声波的反射强度；
I以火山石制作的火山石消声瓦，可有效抑制水下运动体自身产生的振动，隔离水下运动体内机器噪声通过艇体向水中辐射的噪声，降低水下运动体自噪声；
所选的火山石本身为轻质材料，经硫化封装后的火山石消声瓦为正浮力或零浮力，不增加水下运动体的总重量；
￡不使用多孔金属材料可达到同样的消声、减振及降噪效果，可节省大量的有色金属资源；
I'为隐蔽型、安静型的水下运动体的设计提供了依据。
下面结合本发明的附图，进一步详细说明其具体实施方式
。图1是本发明火山石消声瓦安装在潜艇外表面的使用状态示意图。图2是本发明火山石消声瓦(2)的结构示意图。
图3为本发明空心框体(4)的俯视图。图4是图2所示火山石消声瓦(2) B-B方向剖开后的侧视图。图5为本发明单个圆锥体(5)的结构示意图。图6为本发明单个吸声尖劈(8)的结构示意图。图中各标号依次表示:1_水下运动体、2-火山石消声瓦、3-合成橡胶、4-天然火山石空心框体、5-天然火山石圆锥体、6-空腔；7—通孔；8—吸声尖劈。
具体实施例方式火山石消声瓦由数个天然火山石圆锥体5、具有一定弧度及厚度的天然火山石空心框体4以及将它们相互拼装硫化封装为一整体结构的合成橡胶块3组成。火山石分为圆锥状结构或者吸声尖劈8结构。火山石消声瓦整体外形具有的弧度与水下运动体I表面弧度相一致(火山石消声瓦的弧度根据水下运动体表面弧度确定)。所述火山石，特选云南省腾冲县所产的火山石，其孔隙率为82-96%、厚度为20 30mm，消声瓦的整体厚度为40 60_，长宽比为100:90 75。所述合成橡胶块含有各种不同尺寸与形状的孔洞(自然发泡形成的、无规则的孔洞)，厚度为40 60mm。硫化封装采用常规的硫化封装技术。天然火山石空心框体4的制作方式可以是:首先采用机械切割方式将天然火山石加工呈空心框体(4)，天然火山石吸声尖劈或者圆锥状，每个空心框体(4)上表面板外壁和下表面板外壁都具有一定弧度，
将火山石加工制造成空心框体4的方式有:
1)空心框体(4)可以将一块带开口的长方形板块火山石、一块没有开口的长方形板块火山石与两块方形板块火山石通过榫头或者燕尾槽相互拼接后，组成一个在长度方向具有一定弧度的长方形空心框；或者
2)空心框体(4)可以将一块带开口的L形板块火山石、一块没有开口的L形板块火山石通过两块长方形天然火山石面板、两块方形天然火山石侧板相互拼接构成一个整体；或者
3)或者用机械切割模具，在天然火山石内外各切割一刀，直接制作一个空心框体(4)整
体，
在每块长方形面板火山石、方形侧板火山石或者L形板块火山石的边沿，预先开有用于相互连接榫头或者燕尾槽，用于相互拼接连接，
天然火山石空心框体4其中一块火山石的上表面板上开有数个通孔7，天然火山石圆锥体5的底部朝上放置到通孔7内，天然火山石圆锥体5的锥底与天然火山石空心框体4的上表面板外壁相互保持平齐平整，天然火山石圆锥体5的锥顶部朝下放置，与天然火山石空心框体4的下表面板内壁接触，合成橡胶块3将放置有数个天然火山石圆锥状5的天然火山石空心框体4整体硫化封装，形成弧度与潜艇外表面相一致的消声瓦。将圆锥状火山石()或者多个吸声尖劈()插装到开口处，圆锥状火山石()大直径的锥体底部与开口处的板块表面平整/齐一致，圆锥状火山石的锥尖部朝下，放置在长方形空心框的下部长方形板块内壁上；
用合成橡胶3将装上述装有火山石圆锥状5或者吸声尖劈8)的长方形空心框通过硫化封方式封闭，最终形成一个外表面具有弧度的长方形火山石消声瓦。实施例1:用于潜艇用的火山石消声瓦，由具有一定弧度和厚度的天然火山石空心框体4、多块天然火山石圆锥体5以及将它硫化封装为一整体结构的合成橡胶3组成。天然火山石空心框体4为带有一定弧度的块状天然火山石空心框体结构。天然火山石的孔隙率选用82%,天然火山石中的孔洞是自然形成、呈不均勻状,孔径可为0.5 mm至IOmm,厚度为20mm ;合成橡胶3有无规则尺寸与形状的孔洞；火山石空心框体4长宽比为100:50的空心砖状，火山石空心框体4的上下两块外表面的弧度与潜艇外表面弧度相一致，经合成橡胶3封装后共同形成整体厚度为80_的火山石消声瓦。本发明火山石消声瓦是根据潜艇的形状，选取合适的火山石机械切割并制成具有一定弧度和厚度的长宽比为100:50的空心砖状；将多个圆锥状火山石装配放置到空心砖状火山石上，天然圆锥状火山石的底部装朝上、顶部(锥尖部)朝下，用合成橡胶采用硫化封装方式封装，每块火山石消声瓦的外形具有的弧度与潜艇外表面相一致。再按照吸声设计的需要，在潜艇壳体表面不同的位置，用环氧树脂敷设于其壳体表面。实施例2:用于潜艇的火山石消声瓦，由具有一定弧度和厚度的两块长方形火山石板、两板方形山石板、六个火山石圆锥状5以及将它硫化封装为一整体结构的合成橡胶3组成。火山石消声瓦为带有一定弧度的块状结构。火山石的孔隙率为96%，其上孔洞自然形成、呈不均匀状，孔径可为0.2 _至5_，厚度为15_ ;合成橡胶有无规则尺寸与形状的孔洞；火山石长宽比为100:50的空心砖状，它的弧度与潜艇外表面弧度相一致，经合成橡胶封装后共同形成整体厚度为70_的火山石消声瓦。本发明火山石消声瓦2是根据潜艇的形状，选取合适的火山石并制成具有一定弧度和厚度的长宽比为100:50的空心砖状；将多块圆锥状火山石放置装配于空心框体的火山石上，火山石圆锥体的底部装朝上、顶部朝下，硫化封装于合成橡胶中，形成弧度与潜艇外表面相一致的火山石消声瓦。再按照吸声设计的需要，在潜艇壳体表面不同的位置，用环氧树脂敷设于其壳体表面。实施例3:用于鱼雷的火山石消声瓦，由具有一定弧度和厚度的火山石4、多块圆锥状火山石5以及将它硫化封装为一整体结构的合成橡胶3组成。火山石消声瓦为带有一定弧度的块状结构。火山石的孔隙率为96%，其上的孔洞是自然形成的、呈不均匀状，其孔径可为0.2 mm至2mm,厚度为5mm ;合成橡胶3有无规则尺寸与形状的孔洞；火山石消声瓦长宽比为100:50的空心砖形状，它的弧度与鱼雷外表面弧度相一致，经合成橡胶封装后共同形成整体厚度为28mm的火山石消声瓦。本消声瓦是根据鱼雷的形状，选取合适的火山石并制成具有一定弧度和厚度的长宽比为100:50的空心框体；将多块天然火山石圆锥体5放置装配于天然火山石空心框体4内通孔7上，火山石圆锥体的底部装朝上、顶部朝下，硫化封装于合成橡胶3中，形成弧度与潜艇外表面相一致的火山石消声瓦。再按照吸声设计的需要，在鱼雷壳体表面不同的位置，用环氧树脂敷设于其壳体表面。因此该火山石制成的消声瓦既可以显著降低探测方主动声纳的声波的反射强度，降低探测方主动声纳的作用距离，也可抑制水下运动体自身产生的振动，隔离水下运动体内机器噪声向水下运动体辐射，显著降低水下运动体自噪声，达到降低探测方被动声纳作用距离的目的。
权利要求
1.一种火山石消声瓦，其特征在于:火山石消声瓦由一个天然火山石空心框体(4)、数个放置在天然火山石空心框体(4)中的天然火山石圆锥体(5)及用于将天然火山石空心框体(4)与数个天然火山石圆锥状(5)拼接组合体硫化封装的合成橡胶块(3)构成，天然火山石方形空心框体(4)上表面板外壁和下表面板外壁都具有一定弧度，天然火山石空心框体(4)的上表面板上开有数个通孔(7)，天然火山石圆锥体(5)的底部朝上放置到通孔(7)内，天然火山石圆锥体(5)的锥底与天然火山石空心框体(4)的上表面板外壁相互保持平齐平整，天然火山石圆锥体(5)的锥顶部朝下放置，与天然火山石空心框体(4)的下表面板内壁接触，合成橡胶块(3)将放置有数个天然火山石圆锥状(5)的天然火山石空心框体(4)整体硫化封装，形成一个火山石消声瓦。
2.根据权利要求1或2所述的火山石消声瓦，其特征在于:所述天然火山石中的孔洞为自然形成的孔洞，孔洞大小呈自然分布而成且为不均匀状，孔隙率在20-96%范围。
3.根据权利要求1或2所述的火山石消声瓦，其特征在于:所述的天然火山石空心框体(4)可直接采用天然火山石机械切割一次成型，或者将天然火山石切割为四块方形板块后相互拼接构成，或者将天然火山石切割为两块L形板相互拼接而成。
4.根据权利要求1或2所述的火山石消声瓦，其特征在于:天然火山石圆锥体(5)可是圆锥体形状或者吸声尖劈(8)形状。
5.根据权利要求1或2所述的火山石消声瓦，其特征在于:所选用的天然火山石为英伦黑小孔火山石、英伦黑中孔火山石、玛雅黑小孔火山石、雅典灰中孔火山石、罗马灰微孔火山石或者欧尚灰大孔火山石中的一种或多种。
6.根据权利要求1或2所述的火山石消声瓦，其特征在于:所述的天然火山石特最好是产于云南省腾冲县的火山石。
7.根据权利要求1所述的火山石消声瓦，其特征在于所述的合成橡胶3内呈有无规则尺寸与形状的孔洞。
全文摘要
本发明涉及一种火山石消声瓦，尤其是用火山石与合成橡胶制成的消声瓦，属于消声、减振和降噪技术领域。火山石消声瓦由天然火山石空心框体、数个放置在天然火山石空心框体中的天然火山石圆锥体及用于将天然火山石空心框体与数个天然火山石圆锥状拼接组合体硫化封装的合成橡胶块构成，天然火山石方形空心框体上表面板外壁和下表面板外壁都具有一定弧度，所选用的火山石其孔洞为自然形成，呈不均匀状；火山石消声瓦的弧度与水下运动体表面弧度相一致，经合成橡胶块封装后共同形成消声瓦。本发明既可吸收主动声纳的声波、显著降低主动声纳的声波的反射强度，也可抑制水下运动体自身产生的振动，隔离水下运动体内机器噪声向水下运动体辐射，显著降低水下运动体自噪声，降低探测方被动声纳作用距离等。
文档编号G10K11/16GK103183120SQ20131008113
公开日2013年7月3日 申请日期2013年3月14日 优先权日2013年3月14日
发明者刘增力, 张亚琴, 全海燕, 杨秀梅, 文永进 申请人:昆明理工大学, 刘增力