一种次级水声发射阵列试验装置

本发明涉及水下噪声控制，特别涉及一种次级水声发射阵列试验装置。

背景技术：

1、水下航行器具有机动性高等诸多优势，在海洋中很难凭借肉眼发现其存在，而电磁波等信号在水中传播损耗较大，无法实现远距离探测，导致许多在空气中常用的探测手段无法应用于水下。

2、声波抗干扰能力强，对障碍物敏感，精确度高，同时在水中的传播速度远高于空气，能在较短的时间内探测到物体且将回波信号传递给接收站，已经成为水下探测目标最主要的手段。水下常见的探测装置为声纳。与之相对的，为防止被声纳等探测仪器发现，水下航行器常使用消声材料来抑制自身声辐射特性，并降低声纳的探测概率和距离。消声材料按照工作原理可分为被动消声材料、半主动消声材料、主动消声材料等。目前水下航行器常采用被动消声材料来实现声纳回波的吸收，通过在材料中留有声学空腔，利用声学空腔通过亥姆霍兹效应产生局部共振，将大部分的声波能量转换为空腔的谐振能量，从而达到消声的效果。

3、在现代主动声纳的低频化探测发展趋势下，尤其是对于2khz以下的低频声波，在不超过70mm的厚度范围内对米级大波长的主动声波实现抑制，传统被动消声材料仅仅依靠材料更新和结构演化，已经很难满足水下航行器的吸声需求。

4、而主动回声抑制技术是近年来应对水下低频主动探测的一项新型反制措施。次级水声发射单元作为其核心工作器件，在实际应用中单个使用时很难达到期望的声学性能。通过阵列式将发射单元布置于主动消声材料中显得尤为重要，而目前对于其阵列布局如何实现更好的平面声场一致性的研究工作却鲜有涉及。

技术实现思路

1、本发明提供了一种次级水声发射阵列试验装置，该试验装置能够使发射单元阵列产生声场一致性良好的平面声波。

2、为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

3、一种次级水声发射阵列试验装置，该试验装置包括背衬钢板、橡胶板、以及次级水声发射单元；

4、所述橡胶板粘接连接于所述背衬钢板的一侧表面，在朝向所述背衬钢板的一侧阵列分布有多组空腔；每组空腔由呈菱形分布的四个空腔组成；所述空腔的开口朝向所述背衬钢板；

5、在每个所述空腔内安装有一个所述次级水声发射单元；

6、所述背衬钢板设置有与每个所述空腔一一对应的穿线孔，所述穿线孔用于穿设电源线和信号线；

7、所述次级水声发射单元通过发射同相、同频率的声波，能够形成声功率更高的平面声场，实现对探测声波的相干抵消。

8、更进一步地，所述空腔由沿所述橡胶板的厚度方向相连通的盲孔和方形槽构成，所述方形槽位于所述盲孔的底部；

9、所述盲孔的开口位于所述橡胶板朝向所述背衬钢板的一侧表面；

10、所述盲孔用于固定安装所述次级水声发射单元的核心部件，所述方形槽用于固定安装所述次级水声发射单元的辐射面板。

11、更进一步地，所述背衬钢板为矩形板，长度为1600mm，宽度为1500mm，厚度为8mm；

12、所述橡胶板为方形橡胶板，长度和宽度均为1500mm，厚度为50mm。

13、更进一步地，所述盲孔的孔径为100mm，深度为41mm；

14、所述方形槽的边长为150mm，深度为4mm；

15、所述次级水声发射单元的厚度为42mm。

16、更进一步地，所述穿线孔的直径为60mm。

17、更进一步地，所述背衬钢板的顶部设置有用于穿设钢索以便吊装的吊装孔。

18、更进一步地，所述吊装孔的孔径为50mm。

19、更进一步地，所述橡胶板设置有呈矩形分布的四组空腔。

20、更进一步地，每组空腔中空腔之间的间距为265mm。

21、更进一步地，所述次级水声发射单元形成的声场中某点的声压p的计算公式为：

22、

23、上式中，p为声压；ai与声源和介质有关；ri为该点到第i个次级水声发射单元的距离；ω为频率；λ为该频率下的波长；j为虚数单位；t为时间；为阵列偏转相位差；

24、所述次级水声发射单元的总辐射功率w的计算公式为：

25、

26、上式中，p为声压；s为辐射面的总面积；ρ为介质密度；c为介质中声速。

27、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

28、1、本发明的次级水声发射阵列试验装置通过阵列分布于橡胶板中的次级水声发射单元能够有效提高次级水声发射单元的声辐射功率，并能够更好、更快地形成平面声场；通过橡胶板能够在次级水声发射单元不工作期间对探测声波进行被动消声。

29、2、本发明的次级水声发射阵列试验装置采用上述具体参数进行阵列布局时，在10m处即可形成较好的平面声场，此时的声压差值已经降低至0.0015pa，具有良好的平面声场一致性，有助于提升主动消声材料的消声性能。

30、3、本发明的次级水声发射阵列试验装置通过阵列式应用次级水声发射单元，可克服传统被动消声材料只能对中高频声波进行消除的缺陷，也可通过相干抵消的策略产生同频反相的声波对低频的探测声波进行消除。

技术特征：

1.一种次级水声发射阵列试验装置，其特征在于，包括背衬钢板、橡胶板、以及次级水声发射单元；

2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述空腔由沿所述橡胶板的厚度方向相连通的盲孔和方形槽构成，所述方形槽位于所述盲孔的底部；

3.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述背衬钢板为矩形板，长度为1600mm，宽度为1500mm，厚度为8mm；

4.根据权利要求3所述的试验装置，其特征在于，所述盲孔的孔径为100mm，深度为41mm；

5.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述穿线孔的直径为60mm。

6.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述背衬钢板的顶部设置有用于穿设钢索以便吊装的吊装孔。

7.根据权利要求6所述的试验装置，其特征在于，所述吊装孔的孔径为50mm。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的试验装置，其特征在于，所述橡胶板设置有呈矩形分布的四组空腔。

9.根据权利要求8所述的试验装置，其特征在于，每组空腔中空腔之间的间距为265mm。

10.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述次级水声发射单元形成的声场中某点的声压p的计算公式为：

技术总结
本发明涉及一种次级水声发射阵列试验装置，该试验装置包括背衬钢板、橡胶板、以及次级水声发射单元；所述橡胶板粘接连接于所述背衬钢板的一侧表面，在朝向所述背衬钢板的一侧阵列分布有多组空腔；每组空腔由呈菱形分布的四个空腔组成；所述空腔的开口朝向所述背衬钢板；在每个所述空腔内安装有一个所述次级水声发射单元；所述背衬钢板设置有与每个所述空腔一一对应的穿线孔，所述穿线孔用于穿设电源线和信号线；所述次级水声发射单元通过发射同相、同频率的声波，能够形成声功率更高的平面声场，实现对探测声波的相干抵消。上述试验装置能够使发射单元阵列产生声场一致性良好的平面声波。

技术研发人员：王文杰,杨龙,李濠君,向粤,赵旭,李原驹
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31