一种填充吸声材料抗压式宽频带消声瓦

1.本发明涉及一种消声设备，具体涉及一种填充吸声材料抗压式宽频带消声瓦，属于消声、减振以及降噪技术领域。


背景技术：

2.水下潜航体由于体积较大，且外观上多类似于圆柱、椭圆柱等的大目标，对敌方主动声纳的探测信号有非常强烈的反射，并且由于水下潜航体的自身振动，例如螺旋桨旋转，动力设备的颤动，机械设备传递动力时产生的辐射噪声也是高目标强度的来源之一。因此，为了缩短敌方主动声纳作用距离，降低水下潜航体产生的辐射噪声，保证水下潜航体航行安全，给水下潜航体敷设消声瓦是行之有效的手段。
3.近年来，水下潜航体敷设的消声瓦应用较广的有声子晶体型、空腔结构型，其中，共振腔结构还局限于喇叭腔或指数型号筒，这两种类型的消声瓦功能的实现有几个限制条件，一是存在截止频率或者吸声频带较窄，无法保持稳定效果，而且对低频声波吸声效果差；二是无法同时兼顾抑制水下航行体自身振动产生的辐射噪声功能；三是单一吸声材料的适用效果不佳，而且随着水下潜航体潜深的增加，消声瓦空腔形变随之增大，导致吸声性能下降。


技术实现要素：

4.本发明针对上述现有技术存在的问题，提供一种贴合水下潜航体外表面的填充吸声材料抗压式宽频带消声瓦，该消声瓦能够拓宽频带宽度，而且可以提高自身抗压能力，不仅能吸收水下航行体的辐射噪声，缩短敌方主动声纳的探测距离，从而提高水下航行体航行的安全性和隐蔽性。
5.为了达到上述目的，本发明的技术方案是：
6.一种填充吸声材料抗压式宽频带消声瓦，包含表层、混合空腔层和底层，所述表层与水接触，底层与水下潜航体表面接触，所述混合空腔层处于表层和底层之间，混合空腔层内靠近底层一侧依次设有长方体空腔和n组组合式扩张环形共振腔，n≥1，所述长方体空腔中填充开孔泡沫铝，n组组合式扩张环形共振腔与长方体空腔连接。
7.优选的，所述组合式扩张环形共振腔包括腔环、组合式扩张环形共振腔上层腔体、组合式扩张环形共振腔下层腔体；腔环包括腔环a、腔环b、腔环c，腔环a依次连接组合式扩张环形共振腔上层腔体、腔环b、组合式扩张环形共振腔下层腔体、腔环c。
8.优选的，所述腔环的半径为1.5～2mm；所述组合式扩张环形共振腔上层腔体的半径是腔环半径的2～2.5倍；所述组合式扩张环形共振腔下层腔体的半径是腔环半径的2.5～4倍。
9.优选的，相邻的两组组合式扩张环形共振腔下层腔体之间的间隔为1～1.5mm。为了保证在形变下不对组合式扩张环形共振腔彼此结构造成影响。
10.优选的，所述表层与底层的高度均为4～6mm。
11.优选的，所述混合空腔层的高度为表层高度的8倍。
12.优选的，所述组合式扩张环形共振腔的高度占混合空腔层高度的3/4，长方体空腔的高度占混合空腔层高度的1/4。
13.优选的，所述开孔泡沫铝的穿孔率为75～85％。
14.优选的，所述表层选用与海水特性阻抗相匹配的橡胶材料制成，所述底层选用与水下潜航体壳体材料特性阻抗相匹配的橡胶材料制成。
15.优选的，所述混合空腔层由聚氨酯橡胶制成。
16.表层选用与海水特性阻抗相匹配的橡胶材料制成，底层选用与水下航行体壳体材料特性阻抗相匹配的橡胶材料制成，特性阻抗即ρc值，ρ表示介质密度，c表示介质声速，橡胶材料的ρc值与海水或者壳体的ρc值越接近则声波穿透橡胶材料能力越强，对入射声波的吸收能力越强，能够有效降低反射声波的强度。
17.混合空腔层由聚氨酯橡胶制成，聚氨酯橡胶具有优异的阻尼性能，声波在材料中传播时，由于粘滞性的作用使内部分子链之间产生摩擦，这部分摩擦将使部分声能转化为内能消耗掉，即为聚氨酯材料的粘滞性吸收。
18.组合式扩张环形共振腔通过两层不同体积的腔体组合，形成声学性能较高的结构系统，拓宽了组合式扩张环形共振腔的频带宽度。当入射波的频率与共振腔的固有频率接近时，声波会使腔体发生共振变形，将声能转化为其他形式的能量耗散掉，从而达到吸声效果。
19.开孔泡沫铝内部的网状结构及内部空隙与贯通的结构有利于声能吸收，具有低密度、抗压能力强、吸声性能优良的特点，并且通过增加空腔结构，可以明显改善在低频段的吸声性能，并且与长方体空腔紧密贴合，能为组合式扩张环形共振腔提供支撑，防止其因形变导致性能降低。
20.本发明具有以下有益效果：(1)本发明的新型消声瓦结构采用组合式扩张环形共振腔结构，并在长方体空腔内填充吸声性能优异的填充材料，完美解决了单一吸声结构吸声性能局限性与深水高压环境下吸声结构变形大的难点。本发明的新型消声瓦结构融合了空腔谐振型、阻抗过渡型、材料填充型消声结构的消声原理，能够明显拓宽消声瓦的吸声频带宽度，对外界入射的声波以及水下潜航体自身产生的声波都具有优秀的吸收效果，增强潜航体的隐身性。
21.(2)本发明表层采用与海水特性阻抗相匹配的橡胶材料，使得入射声波能最大程度穿透表层，减小反射声波，缩短敌方声呐探测距离，提高水下潜航体隐身性能；同时底层也采用与壳体材料特性阻抗相匹配的橡胶材料，使得水下潜航体自噪声能最大程度穿透底层，入射到开孔泡沫铝中，起到降低自噪声辐射的作用，综合作用下，达到降低水下潜航体反射声波目标强度与自噪声的目的。
22.(3)本发明基于共振腔原理，将两层不同体积的腔体组合成组合式扩张环形共振腔，能够拓宽吸声频带范围。
23.(4)本发明中长方体空腔中填充开孔泡沫铝，能够将消声频带向低频扩展，拓宽消声频带范围，并且开孔泡沫铝可以支撑组合式扩张环形共振腔使其在深海条件下也能减小形变量，使消声瓦的各项性能更加稳定。
附图说明
24.图1是本发明的剖视图。
25.图2是本发明的俯视图。
26.图3是本发明的结构示意图。
27.图4是本发明的一种填充吸声材料抗压式宽频带消声瓦在1k～10k频率下的吸声系数。
28.图5是本发明的一种填充吸声材料抗压式宽频带消声瓦在1k～10k频率下的隔声量。
29.图中：1：表层；2：混合空腔层；3：底层；4：组合式扩张环形共振腔；5：长方体空腔；6：开孔泡沫铝；7：腔环；7-1：腔环a；7-2：腔环b；7-3：腔环c；8：组合式扩张环形共振腔上层腔体；9：组合式扩张环形共振腔下层腔体。
具体实施方式
30.以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。
31.实施例1
32.一种填充吸声材料抗压式宽频带消声瓦，包含表层1、混合空腔层2和底层3，所述表层1与水接触，底层3与水下潜航体表面接触，混合空腔层2处于表层1和底层3之间，混合空腔层2内靠近底层3一侧依次设有长方体空腔5和组合式扩张环形共振腔4，一个长方体空腔5对应若干组组合式扩张环形共振腔4，长方体空腔5中填充开孔泡沫铝6。
33.表层1与底层3的高度均为4～6mm；混合空腔层2的厚度为表层1高度的8倍。表层1选用与海水特性阻抗相匹配的橡胶材料制成，底层3选用与水下潜航体壳体材料特性阻抗相匹配的橡胶材料制成。混合空腔层2由聚氨酯橡胶制成。
34.为保证在形变下不对彼此结构造成影响，相邻的两个组合式扩张环形共振腔下层腔体9之间的间隔为1～1.5mm。
35.组合式扩张环形共振腔4包括腔环7、组合式扩张环形共振腔上层腔体8、组合式扩张环形共振腔下层腔体9；腔环7包括腔环a7-1、腔环b7-2、腔环c7-3，腔环a7-1依次连接组合式扩张环形共振腔上层腔体8、腔环b7-2、组合式扩张环形共振腔下层腔体9、腔环c7-3；腔环a7-1、腔环b7-2、腔环c7-3处于同圆心且结构相同，腔环高度、腔体高度平均分配；腔环7的半径为1.5～2mm；组合式扩张环形共振腔上层腔体8的半径是腔环7半径的2～2.5倍；组合式扩张环形共振腔下层腔体9的半径是腔环7半径的2.5～4倍。
36.组合式扩张环形共振腔4的高度占混合空腔层2高度的3/4，长方体空腔5的高度占混合空腔层2高度的1/4。
37.开孔泡沫铝6的穿孔率为75～85％。
38.实施例2
39.一种填充吸声材料抗压式宽频带消声瓦，包含表层1、混合空腔层2和底层3，所述表层1与水接触，底层3与水下潜航体表面接触，混合空腔层2处于表层1和底层3之间；混合空腔层2包含组合式扩张环形共振腔4和长方体空腔5，长方体空腔5中填充开孔泡沫铝6。
40.表层1采用天然橡胶材料，其密度ρ＝1.003
×
103kg/m3，声速c＝1510m/s，声衰减常数α
l
《0.05db/cm，表层1的高度为5mm；底层3选用氯丁橡胶，其密度ρ＝1.080
×
103kg/m3，声
速c＝1510m/s，声衰减常数α
l
＝0.05db/cm，底层3的高度为5mm。混合空腔层2选用聚氨酯橡胶，其高度为40mm，密度ρ＝1.080
×
103kg/m3，声速c＝1520m/s，声衰减常数α
l
＝0.1db/cm。组合式扩张环形共振腔4的高度为30mm，组合式扩张环形共振腔4共4组，腔环7半径为2mm，组合式扩张环形共振腔上层腔体8半径为5mm，组合式扩张环形共振腔下层腔体9半径为8mm，腔环以及腔体高度均为6mm。长方体空腔的高度为10mm，长宽各34mm，开孔泡沫铝的穿孔率为80％，消声瓦的高度为50mm。图4和图5分别是本发明的一种填充吸声材料抗压式宽频带消声瓦在1k～10k频率下的吸声系数和隔声量，由图中可以看出在1.5k频率下的吸声系数接近于1，达到几乎完美的吸声效果，在全频率范围下吸声系数也高于0.5，并且在高频下隔声量也高于90db，表现出良好的吸声效果，说明本发明的一种填充吸声材料抗压式宽频带消声瓦具有优秀的声学性能。
41.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。