[发明专利]一种多层材料组合空腔消声瓦

说明书

技术领域

本发明是一种消声装置，具体是有多层材料组合空腔结构的消声瓦，属于减振降噪领域。

背景技术

水下航行器在水下运动时会产生机械噪声、螺旋桨噪声和水动力噪声，噪声过大易被敌方声纳探测， 从而影响其隐蔽性和安全性。为降低敌方声纳的探测距离和提升自身声纳的作用距离，在水下航行器外壳 敷设消声瓦是一种非常有效的措施，性能良好的消声瓦不仅能够吸收大部分敌方主动声纳的探测声波，而 且能够抑制自身噪声的向外传播。

目前，水下航行器消声瓦大多由声阻抗较大的单一或多层橡胶材料制成具有一定厚度的橡胶块，橡胶 块内部具有多个圆柱形或圆锥形空腔结构。上述消声瓦在一定的频率范围内能够起到较好的消声效果，但 消声频带较窄，特别是在低频段吸声效果较差。本发明针对提高低频段吸声效果、拓宽吸声频段的问题， 发明了一种多层材料组合空腔消声瓦。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种多层材料组合空腔的消声瓦，能够实现低频宽带高效吸声，且具有一 定的降噪特性，缩短敌方声纳的作用距离，提升自身声纳的作用距离，从而提高水下航行器的隐蔽性和安 全性。

多层材料组合空腔结构消声瓦，由表层1、穿孔层2和基层3三层结构组成，表层1、穿孔层2和基 层3采用不同材料制成，三层结构通过粘合剂依次粘合，并使用特制的压紧工具一体冷压成型。表层1与 水介质相接触，基层3与水下航行器壳体表面相贴合，穿孔层2在表层1和基层3之间。组合空腔结构成 阵列布置在穿孔层中，组合空腔结构由圆台空腔5和喇叭形空腔4组成，圆台空腔5下底面位于基层3侧， 喇叭形空腔4位于圆台空腔5的上顶面，每个圆台空腔5上面有2至6个喇叭形空腔4。

其中表层1由声阻抗尽可能与水声阻抗接近的吸声材料制成，即表层吸声材料的声阻抗ρC值(ρ代 表材料密度，C代表声波在表层材料中的传播速度)与水的声阻抗ρ_水C_水相匹配，提高声波的穿透性， 减少声波反射。在表层表面涂敷一层防水涂层提高消声瓦的防水性。

穿孔层2由聚氨酯双层复合泡沫吸声材料制成，聚氨酯具有吸声系数高，密度小，富有弹性，施工方 便，成本低等优点，双层复合泡沫吸声材料通过硬质闭孔泡沫板材和软质闭孔泡沫板材的组合既能提高消 声瓦的低频吸声性能还能保持消声瓦在中高频较好的吸声性能。硬质闭孔泡沫材料和软质开孔泡沫材料均 属于聚氨酯泡沫，其中硬质闭孔泡沫结构强度大、绝缘和耐老化性能优越，通过使用硬质闭孔泡沫材料， 可有效解决消声瓦抗压性问题；软质开孔泡沫材料，在不同频段均具有较好的吸声性能，但耐压性能差， 通过将硬质闭孔泡沫材料和软质开孔泡沫材料的复合，在保证消声瓦抗压性的同时，可显著提高其吸声性 能。

组合空腔成阵列布置在穿孔层中，喇叭形空腔的穿孔率1％～2％，圆台形空腔的穿孔率 10％～20％，穿孔率为单位面积上的穿孔总面积与单位面积之比。组合空腔中，喇叭形空腔的长度占组 合空腔总长度的3/4，圆台形空腔的长度占组合空腔总长度的1/4。传播过程中声波在喇叭形空腔4边界 周围产生波形变换，使部分纵波不断转换成剪切波和其他波形，增加了对声能的损耗。当声波进入圆台形 空腔5时，圆台形空腔5使入射声波产生散射，同时发生波形变换，使部分声波传播方向发生改变，增加 了声波在穿孔层2内的传播距离，也增加了剪切波的成分，从而更有效地把入射波的能量损耗掉。

基层3由与水下航行器壳体表面声阻抗相近的材料制成，使声波能量进一步耗散的同时，增大声波向 水下航行器壳体表面的穿透量，减少声波的反射。

本发明的依据是为缩短敌方声纳的作用距离，提高水下航行器的隐蔽性和安全性，敌方声纳探测声波 应尽可能全部投射进消声瓦并在消声瓦内衰减掉，尽可能减少反射声波。本发明一方面通过选用声阻抗尽 可能接近于水的橡胶材料制作表层1，增大入射声波量；另一方面，通过含有组合空腔结构，由聚氨酯双 层复合泡沫吸声材料制成的穿孔层2，增大纵向声波转换为剪切波量和传播距离，从而增大声波能量的损 耗，并通过复合材料提升低频段吸声效果；再者，通过选用与水下航行器壳体声阻抗相匹配的材料制作消 声瓦基层3，进一步减少声波的反射量。

该发明能够在保持现有单一橡胶材料或多层材料圆柱形或圆锥形空腔结构消声瓦中高频带吸声性能 的情况下，提高低频吸声性能从而实现更宽频段的高效吸声。

与现有技术比，本发明的有益效果如下：