[发明专利]一种含有参数呈梯度变化圆柱形散射体的低频吸声覆盖层

说明书

本发明涉及一种含有参数呈梯度变化圆柱形散射体的低频吸声覆盖层，包括封口层、吸声层和基层。吸声层由数个相同的长方体单元周期排列而成，吸声层的前表面贴有封口层来保证水密性，基层贴在吸声层下表面来模拟水下结构体的外壳。吸声层的每个单元中，由上至下有三个圆柱形散射体。每个圆柱形散射体由圆柱空腔侧面包裹两层厚度相同但模量不同的弹性橡胶构成。封口层和吸声层均采用PDMS聚二甲基硅氧烷硅橡胶制作，基层采用钢材料制作。本发明克服了采用单一材料带来的低频吸声性能欠佳问题，采用圆柱形散射体中包覆层的模量和厚度呈梯度变化设计能够有效降低吸声频带的频率范围，并提升吸声系数。本发明可设计性强，适用于低频减振降噪方面的应用。

技术领域

本发明涉及一种含有参数呈梯度变化圆柱形散射体的低频吸声覆盖层，特别是一种圆柱形散射体为空腔外包覆多层弹性材料的低频吸声覆盖层。

背景技术

吸声覆盖层被广泛地应用于覆盖在水下航行器壳体上，其声学性能是评判水下航行器声隐身能力的重要指标。吸声覆盖层的功能实现主要体现在两个方面：一是通过降低航行器的辐射噪声级，以减小被敌方被动声呐发现的概率及其作用距离；二是通过降低航行器的声目标强度，从而增加敌方主动声呐的探测距离。目前，国内外应用的吸声覆盖层大多由具有一定阻尼性能的橡胶材料制成，橡胶层内部嵌有周期性空腔结构，如喇叭形、球形、圆柱形等，主要利用空腔谐振、波型转换和弛豫效应的机理对声波进行有效的吸收。然而，基于空腔谐振原理的吸声覆盖层吸声频带普遍较窄，难以实现水下宽带吸声。

现有解决方法包括：(1)圆柱形空腔外包覆一层黏弹性软材料作为散射体结构，散射体周期性横向排列嵌入橡胶材料构成吸声层(杨海滨，李岳，赵宏刚，温激鸿，温熙森.一种含圆柱形谐振散射体的黏弹材料低频吸声机理研究.物理学报2013)。该结构在低于3000Hz的频带范围内可获得两个较高的吸收峰，第一个吸收峰是由吸声层和钢背衬整体耦合共振引起的，第二个吸收峰与单个散射体的共振特性以及散射体之间的多重散射密切相关。两个吸收峰连在一起形成一个在1000-3000Hz频带范围内吸声系数在0.6以上的宽频带吸收峰，但在1000Hz以下没有出现吸收峰，吸声系数较低。(2)将两种带有不同尺寸的圆柱空腔嵌入到两层不同的橡胶层中，通过对橡胶层材料和结构参数进行整体优化可以得到较优的吸声性能(Dan Zhao,Honggang Zhao,Haibin Yang,Jihong Wen.Optimization andmechanism of acoustic absorption of Alberich coatings on a steel plate inwater.Appl.Acoust.2018,140:183-187.)。优化结果表明，在1.3kHz-10kHz频带范围具有宽带的吸声效果，验证了通过敷设不同参数的吸声层可以有效地提升宽带的声吸收性能，但在1000-2000Hz频带范围内的吸声系数较低。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种能够有效降低吸声频带的频率范围，提高低频声吸收性能的内嵌圆柱形散射体的低频宽带吸声覆盖层。

为解决上述技术问题，本发明涉及一种含有参数呈梯度变化圆柱形散射体的低频吸声覆盖层，包括封口层、吸声层、圆柱形散射体和基层。吸声层由数个相同的长方体单元周期排列而成，吸声层的前表面剖面和后表面剖面是长方形。封口层为长方体板，用于对所述吸声层进行密封，封口层的后表面与吸声层的前表面相互贴合；基层为长方体板，为模拟的水下结构体的外壳，一般为钢壳，基层的上表面与吸声层的下表面相互贴合。圆柱形散射体为圆柱空腔外包裹两层具有不同物理参数的弹性橡胶材料。

本发明还包括：

1.封口层和吸声层均采用PDMS聚二甲基硅氧烷硅橡胶制作，其密度为1000kg/m³，复杨氏模量为(1.879+0.540i)MPa，泊松比为0.4997；基层采用钢材料制作，其密度为7890kg/m³，杨氏模量为210GPa，泊松比为0.3。