一种基于叠叉形弹性组件的局域共振型减阻及减振、降噪蒙皮

本发明涉及一种减阻及减振、降噪的超材料蒙皮，尤其是一种基于叠叉形弹性组件的局域共振型减阻及减振、降噪蒙皮。

背景技术：

1、根据是否需要能量输入，现有的流体在减阻、减振、降噪的技术可以分为主动型与被动型两类。主动型减阻、减振、降噪技术是通过在航行器表面布置传感器来感知流场变化，再借助作动器的响应来影响控制航行器表面流场，从而实现减阻、减振、降噪的效果，该类技术除需要额外消耗能量外，还受到传感器与作动器设计制造水平的限制以及控制策略的影响，因此尚未能得到成规模的实际应用；被动型减阻、减振、降噪技术多源自对自然界动植物形貌或行为的模仿，例如柔性表面技术就是起源于对海豚皮肤结构与形貌的模仿，其优点在于不需额外的能量输入，就能在一定的流速范围内产生较好的减阻、减振、降噪效果，但需要注意的是，现有柔性表面技术的减阻效率还远不及海豚皮肤，并且随着流速的升高而明显降低，甚至会产生增阻增噪现象，这是因为此类被动技术不具备如海豚一般随流场变化对自身皮肤力学性能（刚度、阻尼）的适应调控能力。

技术实现思路

1、本发明的技术任务是针对以上现有技术的不足，而提供一种基于叠叉形弹性组件的局域共振型减阻及减振、降噪蒙皮。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于叠叉形弹性组件的局域共振型减阻及减振、降噪蒙皮，包括基座、局域共振单元和柔性表皮，所述局域共振单元呈晶格阵排列在基座和柔性表皮之间，所述局域共振单元是由叠叉形弹性组件和质量块组成，在所述质量块的上下两面均设有叠叉形弹性组件，每个叠叉形弹性组件最少由两层叉形元件组成，每层叉形元件是由顶板、底板、活塞杆、活塞筒、杆头和v型支腿组成，所述杆头位于活塞筒内，所述杆头的顶面与活塞杆固定连接，所述活塞杆的顶部穿过活塞筒后与顶板固定连接，所述v型支腿的上端与顶板固定连接，所述v型支腿的下端与底板固定连接。

3、进一步改进：在所述质量块的上表面和下表面各设有四个叠叉形弹性组件。

4、进一步改进：所述v型支腿的数量为四个。

5、进一步改进：所述质量块、顶板、底板、活塞杆、杆头、活塞筒均采用具有吸声、透声的非金属材质制成。

6、进一步改进：所述v型支腿为采用具有弹性、吸声、透声的非金属材质制成。

7、进一步改进：所述叠叉形弹性组件由三层叉形元件组成，分别为上层叉形元件、中层叉形元件和下层叉形元件。

8、本发明的优点：本发明将多个叉形元件组合在一起构成一个叠叉形弹性组件，然后将叠叉形弹性组件和质量块组合在一起，得到一个含有叠叉形弹性组件的局域共振单元，最后将若干个局域共振单元按一定规律排列成晶格阵列，并与基座和柔性表皮连接组成蒙皮结构，敷设于航行器表面，能够随航速变化，被动调整局域共振单元中叠叉形弹性组件的刚度与阻尼，从而改变蒙皮系统的振动波声波传播色散特性，使蒙皮对流场激励产生更为适配的动力学响应，控制边界层流场内含能涡结构的产生与发展，以起到减少航行器受到流体波动性的撞击而产生的振动，使得航行器的航行更加平稳，同时还能降低流体阻力与抑制水动力噪声，相较于现有的柔性表面减阻降噪技术，具有更强的流场变化适应性。

技术特征：

1.一种基于叠叉形弹性组件的局域共振型减阻及减振、降噪蒙皮，包括基座、局域共振单元和柔性表皮，其特征在于：所述局域共振单元呈晶格阵排列在基座和柔性表皮之间，所述局域共振单元是由叠叉形弹性组件和质量块组成，在所述质量块的上下两面均设有叠叉形弹性组件，每个叠叉形弹性组件最少由两层叉形元件组成，每层叉形元件是由顶板、底板、活塞杆、活塞筒、杆头和v型支腿组成，所述杆头位于活塞筒内，所述杆头的顶面与活塞杆固定连接，所述活塞杆的顶部穿过活塞筒后与顶板固定连接，所述v型支腿的上端与顶板固定连接，所述v型支腿的下端与底板固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于叠叉形弹性组件的局域共振型减阻及减振、降噪蒙皮，其特征在于：在所述质量块的上表面和下表面各设有四个叠叉形弹性组件。

3.根据权利要求1所述的一种基于叠叉形弹性组件的局域共振型减阻及减振、降噪蒙皮，其特征在于：所述v型支腿的数量为四个。

4.根据权利要求1所述的一种基于叠叉形弹性组件的局域共振型减阻及减振、降噪蒙皮，其特征在于：所述质量块、顶板、底板、活塞杆、杆头、活塞筒均采用具有吸声、透声的非金属材质制成。

5.根据权利要求1所述的一种基于叠叉形弹性组件的局域共振型减阻及减振、降噪蒙皮，其特征在于：所述v型支腿为采用具有弹性、吸声、透声的非金属材质制成。

6.根据权利要求1~5其中任意一项所述的一种基于叠叉形弹性组件的局域共振型减阻及减振、降噪蒙皮，其特征在于：所述叠叉形弹性组件由三层叉形元件组成，分别为上层叉形元件、中层叉形元件和下层叉形元件。

技术总结
本发明公开了一种基于叠叉形弹性组件的局域共振型减阻及减振、降噪蒙皮，局域共振单元呈晶格阵排列在基座和柔性表皮之间，局域共振单元是由叠叉形弹性组件和质量块组成，每个叠叉形弹性组件最少由两层叉形元件组成，每层叉形元件是由顶板、底板、活塞杆、活塞筒、杆头和V型支腿组成，将蒙皮敷设于航行器表面，能够随航速变化，被动调整局域共振单元中叠叉形弹性组件的刚度与阻尼，从而改变蒙皮系统的振动波声波传播色散特性，使蒙皮对流场激励产生更为适配的动力学响应，控制边界层流场内含能涡结构的产生与发展，从而能降低流体阻力、抑制流噪声与流激振动噪声，相较于现有的柔性表面减阻降噪技术，具有更强的流场变化适应性。

技术研发人员：董立强,范彦奇,舒心,吴琼,周微,吴雪莹,喻为之,徐子豪,赵丹,刘少刚
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5