[发明专利]花瓣形通道-橡胶复合水下吸声结构

说明书

本发明提供了一种花瓣形通道‑橡胶复合水下吸声结构，包括底板，底板表面开有若干花瓣形通道，橡胶填充入花瓣形通道内部，橡胶与花瓣形通道之间形成花瓣形通道‑橡胶复合结构，橡胶在花瓣形通道上表面形成均质橡胶层，橡胶和底板底部之间留有空气层。本发明可以很大程度提高粘弹性材料的吸声性能。在设计方面具有更多的可调参数，包括结构参数以及材料参数，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

本发明涉及水下吸声复合结构技术领域，具体是一种花瓣形通道-橡胶复合水下吸声结构。

背景技术

由于只有声波能够在水下进行长距离的传播，因此被广泛应用于水下信息传递与侦察。作为一种典型的反侦察方法，消声瓦主要被用于覆盖潜艇壳体，吸收敌方主动声呐所发射出的声波能量，能够降低声反射强度，减小可探测范围，达到隐身的目的。粘弹性材料，如橡胶和聚氨酯，由于其声阻抗与水相匹配，常被用作吸音层的基本材料。吸声机理在于入射声波引起粘弹性材料内部的聚合物链振动，分子内部的摩擦消耗了声能。然而，由于粘弹性材料在低频域固有的弱耗散性，对低频声音的吸收仍然是一个巨大的挑战。再加上水中的低频声波波长较长，要想利用原有的均匀粘弹性材料有效衰减低频吸声，唯一的办法就是增加材料的厚度，这与实际情况相互矛盾。目前主要的解决方法为是空腔共振结构式吸声层如Alberich消声层，即内部嵌入各种形状的孔腔。当入射声波的频率接近空腔的固有频率时，聚合物链的振动加剧，声能因分子内摩擦而严重耗散。但共振消声结构的吸声频带宽较窄，并且由于空腔对水压较为敏感，不能满足深海条件的实际需求。故目前对于水下宽带吸声结构以及耐水压吸声结构的设计依然存在挑战。

发明内容

本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种花瓣形通道-橡胶复合水下吸声结构，通过结构的合理设计提高吸声橡胶的水下吸声性能，解决了粘弹性材料宽频吸声性能较差的难题。

本发明包括底板，底板表面开有若干花瓣形通道，橡胶填充入花瓣形通道内部，橡胶与花瓣形通道之间形成花瓣形通道-橡胶复合结构，橡胶在花瓣形通道上表面形成均质橡胶层，橡胶和底板底部之间留有空气层；所述的花瓣形通道由函数r(x)确定，计算如下：r(x)＝r[1-2εcos(nx)]，其中r为基准孔径，ε为相对粗糙度，n为空间波数，x为以轴向无量纲化坐标，基准孔径r为9～35mm，对粗糙度ε为0～0.1，空间波数n为0～10。

花瓣形通道的壁面采用金属材料或碳纤维/玻璃纤维复合材料制得，以保证足够的刚度和与橡胶之间的声阻抗差异。

进一步的，花瓣形通道由在均匀材料上开孔构成，高度为10～50mm.

进一步的，花瓣形通道为四方排布或六方密排，排布周期为10～36mm。

进一步的，花瓣形通道填充橡胶等粘弹性材料，不限于橡胶，密度为800～1400kg/m³。

具体的，橡胶的横波声速为500～2000m/s，横波损耗因子为0.01～0.3；纵波声速为30～300m/s，纵波损耗因子大于0.5。

进一步的，橡胶与底板之间设置空气层，厚度为1～10mm。

进一步的，花瓣形通道-橡胶复合水下吸声结构上表面覆盖一层均匀橡胶，均质橡胶层的厚度为1～10mm。

进一步的，花瓣形通道-橡胶复合层厚度为20～50mm。

进一步的，花瓣形通道-橡胶复合水下吸声结构的整体厚度为30～60mm。

进一步的，花瓣形通道-橡胶复合水下吸声结构在900～10000Hz的吸声系数大于0.8，平均吸声系数大于0.85。