[发明专利]一种双螺旋耦合水下吸声超表面结构

说明书

本发明公开了一种双螺旋耦合水下吸声超表面结构，包括层芯，层芯内间隔设置有多个双螺旋耦合单元，每个双螺旋耦合单元的螺旋中心设置有空腔，空腔与螺旋通道间设置有环型隔板，螺旋通道的侧壁上设置有螺旋型的阻尼内衬层，层芯的顶部设置有穿孔上面板，穿孔上面板上对应双螺旋耦合单元的空腔周期性的开有小孔，层芯的底部设置有下面板，穿孔上面板、层芯和下面板连接形成双螺旋耦合水下吸声超表面结构。本发明具有优异的低频吸声性能以及超薄的亚波长结构尺寸。在设计方面具有更多的可调结构参数，可根据实际工况需求进行相应调节，结构简单，易于制造。

技术领域

本发明属于声学超表面技术领域，具体涉及一种双螺旋耦合水下吸声超表面结构。

背景技术

随着海洋装备的不断发展，水下声波的有效吸收越来越受到人们的关注。传统的水下吸声材料或结构，包括纯聚合物水下吸声材料、微粒填充型水下吸声材料、空腔谐振型水下吸声材料及多孔水下吸声材料等，其体积较大，结构尺寸与声波波长相接近，且低频吸声性能差。近年来兴起的水声吸声超材料，包括局域共振水声吸声超材料和非共振型水声吸声超材料。

相比传统吸声材料，局域共振水声吸声超材料能将吸声频率降低两个数量级，但受到局域共振的固有属性的限制，其低于500Hz的低频吸声性能不足。非共振型水声吸声超材料基于声衰减和声散射原理，有较好的宽频吸声能力，但低频声波吸收能力仍不足。

综合来看，上述结构在水下普遍存在低频吸声性能不佳、结构厚度大的问题。

发明内容

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，提供一种双螺旋耦合水下吸声超表面结构，解决传统水下吸声结构在普遍存在低频吸声性能不佳、结构厚度大的问题。

本发明采用以下技术方案：

一种双螺旋耦合水下吸声超表面结构，包括双螺旋耦合单元，双螺旋耦合单元包括多个，采用焊接或胶接方式设置在穿孔上面板和下面板之间，穿孔上面板上周期性的开有小孔，每个小孔对应一个双螺旋耦合单元，构成一种双螺旋耦合水下吸声超表面结构，通过下面板与水下装备连接。

具体的，双螺旋耦合单元包括层芯，层芯的内部设置有螺旋通道，阻尼内衬层设置在螺旋通道内，层芯的中心处设置有空腔，空腔的一侧与阻尼内衬层的一端连接，空腔与阻尼内衬层之间设置有环型隔板。

进一步的，螺旋通道宽度为5～15mm，高度为10～25mm。

更进一步的，螺旋通道的形状包括方形螺旋，圆弧型螺旋或多尺寸多形状的混杂螺旋；螺旋通道的圈数至少为2圈。

进一步的，阻尼内衬层的厚度为1.5～5mm。

进一步的，环型隔板的厚度为0.2～1mm。

进一步的，空腔的长度为3～8mm。

具体的，小孔在穿孔上面板上交替排布，小孔的直径为1～5mm，小孔的形状包括圆形，三角形、方形、花瓣形或不规则形。

具体的，穿孔上面板1的厚度为0.2～2mm。

具体的，双螺旋耦合水下吸声超表面结构在100～300Hz内的吸声峰值大于0.99。与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种双螺旋耦合水下吸声超表面结构，通过焊接或胶接穿孔上面板、层芯、下面板，形成多个双螺旋耦合单元，并在双螺旋耦合单元的螺旋通道的四周侧壁上粘贴阻尼内衬层，形成双螺旋互相耦合，改善了结构的声阻抗特性，提高了结构的低频吸声性能。螺旋型通道结构的设计能在实现良好的低频水下吸声性能的前提下，减小了结构的厚度，保证了结构的亚波长尺度的超薄特性，解决了传统水下吸声结构在普遍存在低频吸声性能不佳、结构过厚的问题。