一种内置空气层的穿孔板内嵌蜂窝水下吸声结构

本发明属于水下吸声复合结构，具体涉及一种内置空气层的穿孔板内嵌蜂窝水下吸声结构。

背景技术：

1、水下吸声对声隐身技术等水下应用有重要的研究意义。与空气吸声相比，水中声波的波长更长，并且水的粘度更低，所以实现有效的水下吸声更加困难。一方面，水中传播的声波波长约为同频率下空气声波长的5倍，这使得在相同厚度下，水下消声层对声波的操纵更加困难。另一方面，水的运动粘度要小得多，约为空气的1/15，削弱了水在声能耗散中的粘性作用。近些年来，研究人员已经设计了一系列用于水下吸声的材料，例如空腔吸声结构和局域共振吸声结构，这些吸声结构在中高频域段或窄频带范围可以取得良好的吸声性能。近年来，随着声纳探测技术的发展，对消声层的吸声性能和综合性能的要求不断提高，而空腔吸声结构在静水压力下会产生较大的形变，从而严重影响了结构的吸声性能，局域共振结构仅能在某个特定的窄频带下拥有良好的吸声性能，在实际应用到受到一定限制。尽管水下吸声结构的设计取得了很大的进展，但是针对于具有宽频吸声性能和良好抗压能力的复合结构设计仍然存在很大的挑战性。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种内置空气层的穿孔板内嵌蜂窝水下吸声结构，用于解决传统水下消声覆盖层宽频吸声性能较差、不耐高静水压的技术问题。

2、本发明采用以下技术方案：

3、一种内置空气层的穿孔板内嵌蜂窝水下吸声结构，包括元胞，每个元胞内嵌入设置有多个穿孔板，穿孔板与元胞之间填充粘弹性材料构成均匀混合的粘弹性材料层，元胞的底部与粘弹性材料层之间设置有空气层，多个元胞阵列排布构成内置空气层的穿孔板内嵌蜂窝水下吸声结构。

4、具体的，元胞包括蜂窝，蜂窝设置在底板上，穿孔板间隔设置在蜂窝的壁面，粘弹性材料充分填充在蜂窝和穿孔板所形成的空间中。

5、进一步的，蜂窝的壁面厚度为0.5～3mm。

6、进一步的，蜂窝的壁面为四方排布或六方排布，排布周期为10～80mm。

7、具体的，穿孔板的开孔半径为1～50mm，开孔形状为圆形、三角形、方形、花瓣形或不规则性。

8、进一步的，穿孔板上的开孔位置位于穿孔板的中心处。

9、具体的，穿孔板的数量为3～30个。

10、进一步的，每层穿孔板的开孔尺寸保持一致，或随层数依次递增或递减。

11、具体的，每个元胞的宽度为10～80mm。

12、具体的，空气层的厚度为1～20mm。

13、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

14、一种内置空气层的穿孔板内嵌蜂窝水下吸声结构，将穿孔板嵌入设置在元胞内，在结构内部充分填充粘弹性材料形成均匀混合粘弹性材料层，在粘弹性材料层底部留有空气层。在不同频率声波的激励下，粘弹性材料会产生振动，由于元胞和穿孔板会限制粘弹性材料的振动，所以粘弹性材料内部会产生一定的剪切效应，导致粘弹性材料中传播的声波由纵波转化为容易被耗散的剪切波，大大提升了粘弹性材料的声波耗散能力。另一方面，在粘弹性材料层底部留有空气层，会释放底部粘弹性材料的约束，从而增强粘弹性材料的振动效应，导致粘弹性材料的声波耗散能力增加。除此之外，嵌入多层穿孔板后，穿孔板的中心开孔部分会形成一个柱形区域，粘弹性材料在此区域内有丰富的振动形式，导致能量耗散在该区域有聚集效应，从而进一步加强粘弹性材料的声波耗散能力，并且结构中的粘弹性材料具有多种振动模式，在不同频率的声波激励下，多种振动模式的耦合提供了宽频吸声效果；在此基础上，蜂窝结构具有良好的力学性能，压力通过蜂窝结构传递到底板，保证了结构的承载性能。

15、进一步的，蜂窝结构为四方蜂窝或六方蜂窝，具有很好的力学性能，蜂窝的壁面厚度为0.5～3mm，保证结构具有一定的承载能力。

16、进一步的，在蜂窝壁面上嵌入穿孔板，穿孔板可以对粘弹性材料振动分布产生影响，可增强结构内部的振动引起的能量耗散效应，从而提升结构的吸声性能。

17、进一步的，穿孔板内部开孔半径为1～50mm，内部开孔形状可以为圆形、三角形、方形、花瓣形或不规则形状；通过调节开孔尺寸可以改变结构中粘弹性材料的振动特性，从而调节结构的吸声性能。

18、进一步的，中心开孔的穿孔板厚度较薄，由金属材料或碳纤维/玻璃纤维复合材料制成，保证在特定频率的声波激励下能激发结构的振动。

19、进一步的，穿孔板的总数量为3～30个，不同数量的穿孔板组成的结构可以提供不同的振动模式，控制着结构的宽频吸声效果。

20、进一步的，每层的开孔尺寸可以相同或遵循递减与递增的规则变化，通过改变结构的振动特性调节结构的吸声性能。

21、进一步的，每个元胞的宽度为10～80mm，边长的变化会影响嵌入穿孔板的振动性能，两者协同调节结构的宽频吸声性能。

22、进一步的，为了增强内置空气层的穿孔板内嵌蜂窝水下吸声结构中粘弹性材料的振动，在粘弹性材料层底部留有空气层，空气层厚度为1～20mm。

23、综上所述，本发明可用于制造水下消声覆盖层，具有优异的宽频水下吸声性能以及良好的承压能力；在设计方面，结构参数和材料参数具有很大的可调性，可根据实际工况需求进行选择，具有广泛的工程应用前景。

24、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种内置空气层的穿孔板内嵌蜂窝水下吸声结构，其特征在于，包括元胞，每个元胞内嵌入设置有多个穿孔板(3)，穿孔板(3)与元胞之间填充粘弹性材料(1)构成均匀混合的粘弹性材料层，元胞的底部与粘弹性材料层之间设置有空气层(4)，多个元胞阵列排布构成内置空气层的穿孔板内嵌蜂窝水下吸声结构。

2.根据权利要求1所述的内置空气层的穿孔板内嵌蜂窝水下吸声结构，其特征在于，元胞包括蜂窝(2)，蜂窝(2)设置在底板上，穿孔板(3)间隔设置在蜂窝(2)的壁面，粘弹性材料(1)充分填充在蜂窝(2)和穿孔板(3)所形成的空间中。

3.根据权利要求2所述的内置空气层的穿孔板内嵌蜂窝水下吸声结构，其特征在于，蜂窝(2)的壁面厚度为0.5～3mm。

4.根据权利要求2所述的内置空气层的穿孔板内嵌蜂窝水下吸声结构，其特征在于，蜂窝(2)的壁面为四方排布或六方排布，排布周期为10～80mm。

5.根据权利要求1所述的内置空气层的穿孔板内嵌蜂窝水下吸声结构，其特征在于，穿孔板(3)的开孔半径为1～50mm，开孔形状为圆形、三角形、方形、花瓣形或不规则性。

6.根据权利要求5所述的内置空气层的穿孔板内嵌蜂窝水下吸声结构，其特征在于，穿孔板(3)上的开孔位置位于穿孔板的中心处。

7.根据权利要求1所述的内置空气层的穿孔板内嵌蜂窝水下吸声结构，其特征在于，穿孔板(3)的数量为3～30个。

8.根据权利要求7所述的内置空气层的穿孔板内嵌蜂窝水下吸声结构，其特征在于，每层穿孔板(3)的开孔尺寸保持一致，或随层数依次递增或递减。

9.根据权利要求1所述的内置空气层的穿孔板内嵌蜂窝水下吸声结构，其特征在于，每个元胞的宽度为10～80mm。

10.根据权利要求1所述的内置空气层的穿孔板内嵌蜂窝水下吸声结构，其特征在于，空气层(4)的厚度为1～20mm。

技术总结
本发明公开了一种内置空气层的穿孔板内嵌蜂窝水下吸声结构，在底板上固定有若干六方蜂窝壁面，在蜂窝壁面上嵌入一系列穿孔板，穿孔板与蜂窝壁面通过焊接或胶接相连，粘弹性材料充分填充在结构内部形成均匀混合粘弹性材料层，在粘弹性材料层底部留有空气层。本发明可用于制造水下消声覆盖层，能显著提升粘弹性材料的吸声性能，具有良好的承载能力。由于参数的可调性，合理的设计结构参数和材料参数可以达到目标性能要求，具有广泛的工程应用前景。

技术研发人员：辛锋先,蔡储祥,王啸尘
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21