小型机械单元平面阵列的低频宽带多层吸声装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种小型机械单元平面阵列的低频宽带多层吸声装置属于噪声控制【技术领域】。其特征是，在需要减少声波反射的背墙前，交替安装声学材料层和小型机械单元平面阵列，以实现低频宽带吸声。小型机械单元平面阵列是在板上周期嵌入小型机械单元所构成的。小型机械单元由机架、声波输入构件、正向放大机构或反向放大机构、声波输出构件以及阻尼器或阻尼材料组成。声学材料层采用多孔吸声材料，各层声阻抗不同。其中小型机械单元平面阵列，一方面通过阻抗变换减小吸声结构的尺寸，另一方面通过小型机械阵列和声学材料层的声波谐振，利用阻尼器实现低频宽带吸声。本发明的效果和益处是，在工作原理上，与现有的多层吸声结构有较大差别，在低频宽带吸波方面，具有很大的优势，特别适合于水下潜艇的隐身。
【专利说明】小型机械单元平面阵列的低频宽带多层吸声装置
【技术领域】
[0001]本发明属于环境噪声控制【技术领域】，涉及到低频宽带多层吸声结构，特别涉及到适用于水下潜艇隐身的、小型机械单元平面阵列的低频宽带多层吸声装置。
【背景技术】
[0002]目前，国内外的许多学者和工程技术人员，都在开展多层吸声结构的研宄工作，或用于民用或用于军工。总体而言，国内外的相关文献和专利主要是，以吸声材料或亥姆赫兹共振腔为基础，来设计宽频吸声结构。空气中一般采用微穿孔板或多孔吸声材料来设计吸声结构，水中一般采用具有特殊孔型的水声橡胶来设计消声瓦。但这些吸声结构主要是针对中高频噪音的吸声降噪，目前基于这些现有理论的吸声结构向低频扩展极其困难，或由于吸声材料低频特性差、或由于共振腔低频尺寸过大不实用，很难突破。
[0003]本发明融合声学和机械两个领域的理论，主要针对低频宽带吸声降噪，提出了一种基于全新设计理念的声波吸收结构一一小型机械单元平面阵列的低频宽带多层吸声装置。至今为止，国内外尚未见到有研宄嵌入小型机械单元平面阵列的多层吸声结构的研宄报道、文献或专利。
【发明内容】
[0004]本发明主要针对低频宽带吸声降噪，提供一种新的声波吸收结构一一小型机械单元平面阵列的低频宽带多层吸声装置。
[0005]本发明解决技术问题采用的技术方案如下:
[0006]小型机械单元平面阵列的低频宽带多层吸声装置，其特征是:两端为声学材料层，中间是小型机械单元平面阵列和声学材料层交替排布，实现低频宽带吸声，如图1所示。
[0007]其中小型机械单元平面阵列是在板上周期嵌入小型机械单元所形成的。小型机械单元平面阵列包括布满等间距孔的板、板上孔内安装小型机械单元、孔腔几何参数和小型机械单元几何参数相配合。孔的形状包括方形、圆形、椭圆形、三角形等各种形状，孔腔包括等截面或变截面等。
[0008]其中小型机械单元是小型机械单元平面阵列的基本单元。小型机械单元包括机架、声波输入构件、正向放大机构或反向放大机构、声波输出构件以及阻尼元件，如图3、4、
5、6、7所示。小型机械单元的机架为小型机械单元的侧壁，与板基体上的孔壁接触。小型机械单元平面阵列靠近声源一侧为外侧，靠近背墙一侧为内侧，则小型机械单元从外侧到内侧依次为声波输入构件、正向或反向放大机构和声波输出构件。同时，在声波输入构件和声波输出构件之间安装阻尼元件，包括阻尼器或阻尼材料，如图5、6所示。
[0009]小型机械单元的基本型式为，位移放大机构一端通过一个或多个普通铰链或柔性铰链和声波输入构件相连，一端通过一个或多个普通铰链或柔性铰链和声波输出构件相连，另外还通过多个普通铰链或柔性铰链和小型机械单元的机架相连。本发明采纳的小型机械单元的基本型式多样，不仅局限于本发明图示的小型机械单元基本型A和小型机械单元基本型B。本发明采纳的小型机械单元的型式包括:小型机械单元的基本型式、小型机械单元的基本型式加阻尼器、小型机械单元的基本型式加阻尼材料。其中小型机械单元的基本型式加阻尼器，是在小型机械单元基本型式的声波输入构件和声波输出构件之间加阻尼器。小型机械单元的基本型式加阻尼材料，是在小型机械单元基本型式的声波输入构件和声波输出构件之间加阻尼材料。
[0010]小型机械单元的声波输入和输出构件，是由金属、硬塑料或复合材料等制成的薄壳。
[0011]小型机械单元的正向或反向放大机构，位于声波输入构件和声波输出构件之间，采用刚性机构或柔性机构，分别通过铰链和声波输入构件、声波输出构件以及机架相连。放大机构中的铰链可采用普通铰链或柔性铰链，其中杆可用弦或弹簧代替。
[0012]同时，在小型机械单元的声波输入构件、声波输出构件和位移放大机构上加预应力，以调节结构参数和承受静载荷。
[0013]其中声学材料层为不多于10层的声学材料介质层，各层材料均为多孔吸声材料，如聚氨酯、聚酯纤维、丁基橡胶、凝胶等，每层厚度不大于300_。当本结构用于水下吸声时，最外层声学材料层选为水声橡胶。
[0014]这样，从外侧到背墙，依次交替排布声学材料层和小型机械单元平面阵列，就构成了本发明提出的小型机械单元平面阵列的低频宽带多层吸声装置。其中小型机械单元平面阵列，一方面通过阻抗变换减小吸声结构的尺寸，另一方面通过选择声学材料层的厚度，使小型机械阵列和声学材料层产生声波谐振，以实现低频宽带吸声。声学材料层和小型机械单元平面阵列之间通过粘接等方式连接，小型机械单元平面阵列的低频宽带多层吸声装置，通过多个支撑杆固定在背墙上。
[0015]本发明公开的小型机械单元平面阵列的低频宽带多层吸声装置，主要通过小型机械阵列进行阻抗变换，实现低声速和高声速材料的匹配，并通过其中的阻尼元件的谐振吸收低频能量，这一工作原理与现有的多层吸声结构有较大差别，在低频宽带吸波方面，具有很大的优势，特别适合于水下潜艇的隐身。至今，国内外未见任何相关的报道、文献和专利发表。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是小型机械单元平面阵列的低频宽带多层吸声装置。
[0017]图2是小型机械单元平面阵列局部放大侧视图。
[0018]图3是小型机械单元平面阵列局部放大主视图。
[0019]图4是小型机械单元基本型A。
[0020]图5是小型机械单元基本型A加阻尼器。
[0021]图6是小型机械单元基本型A加阻尼材料。
[0022]图7是小型机械单元基本型B。
[0023]图中:1声学材料层；2小型机械单元平面阵列；3需要减少声波反射的背墙；
[0024]4将本吸声装置固定在背墙上的支撑杆；5小型机械单元平面阵列基体；
[0025]6小型机械单元；7声波输入构件；8声波输出构件；9放大机构；
[0026]10小型机械单元机架；11铰链；12阻尼器；13阻尼材料
【具体实施方式】
[0027]由于应用环境不同，如空气中或水中，以及要求的声波吸波频率范围不同，本发明公开的小型机械单元平面阵列的低频宽带多层吸声装置参数将有所变化。
[0028]下面针对水中环境的一个具体实例，结合技术方案和附图进行详细叙述。
[0029]实施例:水中，吸声频段10Hz-2000Hz
[0030]小型机械单元平面阵列2中的板由金属制成，厚度25mm，上面有间距且尺寸相同的方孔，方孔尺寸小于80*80mm，相邻方孔间壁厚小于8mm，如图1、2所示。
[0031]小型机械单元6采用如图5所示的型式，即小型机械单元基本型A加阻尼器的型式，具体尺寸参数与方孔匹配。机架10由金属制成，壁厚小于8_。声波输入构件7和声波输出构件8均为截面为方形的金属薄壳，厚度小于5mm。放大机构9采用柔性机构，分别通过柔性铰链和声波输入构件7、声波输出构件8以及机架10相连。在声波输入构件7和声波输出构件8之间安装阻尼器12。
[0032]声学材料层包括五层，从外侧到内侧分别为第一、第二、第三层、第四层和第五层。第一层是远离背墙一侧的最外层，材料为水声橡胶，厚度2_ ;第二层至第五层材料为多孔吸声橡胶或凝胶，厚度依次为160mm、80mm、30mm和20mm。
[0033]从外侧到背墙，依次交替安装声学材料层和小型机械单元平面阵列，就构成了本发明提出的小型机械单元平面阵列的低频宽带多层吸声装置。其中声学材料层为五层、小型机械单元平面阵列四层，位移放大倍数分别为10、2、1.5和1.2，声学材料层和小型机械单元平面阵列之间通过粘接等方式连接，小型机械单元平面阵列的低频宽带多层吸声装置通过多个支撑杆4固定在背墙3上。
[0034]本发明公开的小型机械单元平面阵列的低频宽带多层吸声装置，总厚度为392mm，如零部件加工精细，并进一步优化结构和材料，尺寸可进一步减小。
【权利要求】
1.一种小型机械单元平面阵列的低频宽带多层吸声装置，其特征是:两端为声学材料层，中间是小型机械单元平面阵列和声学材料层交替排布，实现低频宽带吸声； 其中小型机械单元平面阵列是在板上周期嵌入小型机械单元所形成；小型机械单元从外侧到内侧依次为声波输入构件、位移放大机构和声波输出构件，并在声波输入构件和声波输出构件之间安装阻尼元件；同时，在声波输入构件、声波输出构件和位移放大机构上加预应力，以调节结构参数和承受静载荷； 其中，声学材料层不多于10层；声学材料层和小型机械单元平面阵列之间通过粘接等方式连接，小型机械单元平面阵列的低频宽带多层吸声装置，通过多个支撑杆固定。
2.如权利要求1所述的低频宽带多层吸声装置，其特征是:一方面通过小型机械单元平面阵列阻抗的变换，大幅减小吸声结构尺寸；另一方面通过选择合适的声学材料层厚度，使小型机械阵列和声学材料层产生声波谐振，利用阻尼元件实现低频宽带吸声。
3.如权利要求1或2所述的低频宽带多层吸声装置，其特征是:小型机械单元平面阵列的板上布满了等间距的孔，孔内安装小型机械单元，孔腔几何参数和小型机械单元几何参数相配合。
4.如权利要求1或2或3所述的低频宽带多层吸声装置，其特征是:小型机械单元的基本型式为，位移放大机构一端通过一个或多个普通铰链或柔性铰链和声波输入构件相连，一端通过一个或多个普通铰链或柔性铰链和声波输出构件相连，另外还通过多个普通铰链或柔性铰链和小型机械单元的机架相连。
5.如权利要求1或2或3或4所述的低频宽带多层吸声装置，其特征是:小型机械单元的几种型式为，小型机械单元的基本型式、小型机械单元的基本型式加阻尼器、小型机械单元的基本型式加阻尼材料；其中小型机械单元的基本型式加阻尼器，是在小型机械单元基本型式的声波输入构件和声波输出构件之间加阻尼器；小型机械单元的基本型式加阻尼材料，是在小型机械单元基本型式的声波输入构件和声波输出构件之间加阻尼材料。
6.如权利要求1或2或3或4或5所述的低频宽带多层吸声装置，其特征是:小型机械单元的声波输入构件和声波输出构件是由金属、硬塑料或复合材料制成的薄壳。
7.如权利要求1或2或3或4或5所述的低频宽带多层吸声装置，其特征是:小型机械单元的位移放大机构位于声波输入构件和声波输出构件之间，采用刚性机构或柔性机构；放大机构中的铰链包括普通铰链或柔性铰链，其中杆用弦或弹簧代替。
8.如权利要求1或2所述的低频宽带多层吸声装置，其特征是:声学材料层中每层材料均为多孔吸声材料，包括聚氨酯、聚酯纤维、丁基橡胶、凝胶，每层特征参数或材料层厚度按权利要求2选取；当本结构用于水下吸声时，最外层声学材料层选为水声橡胶。
【文档编号】G10K11/168GK104464713SQ201410639716
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月13日 优先权日:2014年11月13日
【发明者】王晓明, 梅玉林 申请人:大连理工大学