一種多層材料組合空腔消聲瓦的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明是一種消聲裝置，具體是有多層材料組合空腔結(jié)構(gòu)的消聲瓦，屬于減振降噪領域。
【背景技術(shù)】
[0002]水下航行器在水下運動時會產(chǎn)生機械噪聲、螺旋槳噪聲和水動力噪聲，噪聲過大易被敵方聲納探測，從而影響其隱蔽性和安全性。為降低敵方聲納的探測距離和提升自身聲納的作用距離，在水下航行器外殼敷設消聲瓦是一種非常有效的措施，性能良好的消聲瓦不僅能夠吸收大部分敵方主動聲納的探測聲波，而且能夠抑制自身噪聲的向外傳播。
[0003]目前，水下航行器消聲瓦大多由聲阻抗較大的單一或多層橡膠材料制成具有一定厚度的橡膠塊，橡膠塊內(nèi)部具有多個圓柱形或圓錐形空腔結(jié)構(gòu)。上述消聲瓦在一定的頻率范圍內(nèi)能夠起到較好的消聲效果，但消聲頻帶較窄，特別是在低頻段吸聲效果較差。本發(fā)明針對提高低頻段吸聲效果、拓寬吸聲頻段的問題，發(fā)明了一種多層材料組合空腔消聲瓦。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的問題是提供一種多層材料組合空腔的消聲瓦，能夠?qū)崿F(xiàn)低頻寬帶高效吸聲，且具有一定的降噪特性，縮短敵方聲納的作用距離，提升自身聲納的作用距離，從而提高水下航行器的隱蔽性和安全性。
[0005]多層材料組合空腔結(jié)構(gòu)消聲瓦，由表層1、穿孔層2和基層3三層結(jié)構(gòu)組成，表層1、穿孔層2和基層3采用不同材料制成，三層結(jié)構(gòu)通過粘合劑依次粘合，并使用特制的壓緊工具一體冷壓成型。表層I與水介質(zhì)相接觸，基層3與水下航行器殼體表面相貼合，穿孔層2在表層I和基層3之間。組合空腔結(jié)構(gòu)成陣列布置在穿孔層中，組合空腔結(jié)構(gòu)由圓臺空腔5和喇叭形空腔4組成，圓臺空腔5下底面位于基層3側(cè)，喇叭形空腔4位于圓臺空腔5的上頂面，每個圓臺空腔5上面有2至6個喇叭形空腔4。
[0006]其中表層I由聲阻抗盡可能與水聲阻抗接近的吸聲材料制成，即表層吸聲材料的聲阻抗PC值(P代表材料密度，C代表聲波在表層材料中的傳播速度)與水的聲阻抗P7JcC7Jc相匹配，提高聲波的穿透性，減少聲波反射。在表層表面涂敷一層防水涂層提高消聲瓦的防水性。
[0007]穿孔層2由聚氨酯雙層復合泡沫吸聲材料制成，聚氨酯具有吸聲系數(shù)高，密度小，富有彈性，施工方便，成本低等優(yōu)點，雙層復合泡沫吸聲材料通過硬質(zhì)閉孔泡沫板材和軟質(zhì)閉孔泡沫板材的組合既能提高消聲瓦的低頻吸聲性能還能保持消聲瓦在中高頻較好的吸聲性能。硬質(zhì)閉孔泡沫材料和軟質(zhì)開孔泡沫材料均屬于聚氨酯泡沫，其中硬質(zhì)閉孔泡沫結(jié)構(gòu)強度大、絕緣和耐老化性能優(yōu)越，通過使用硬質(zhì)閉孔泡沫材料，可有效解決消聲瓦抗壓性問題;軟質(zhì)開孔泡沫材料，在不同頻段均具有較好的吸聲性能，但耐壓性能差，通過將硬質(zhì)閉孔泡沫材料和軟質(zhì)開孔泡沫材料的復合，在保證消聲瓦抗壓性的同時，可顯著提高其吸聲性能。
[0008]組合空腔成陣列布置在穿孔層中，喇叭形空腔的穿孔率1%?2%，圓臺形空腔的穿孔率10%?20%，穿孔率為單位面積上的穿孔總面積與單位面積之比。組合空腔中，喇叭形空腔的長度占組合空腔總長度的3/4，圓臺形空腔的長度占組合空腔總長度的1/4。傳播過程中聲波在喇叭形空腔4邊界周圍產(chǎn)生波形變換，使部分縱波不斷轉(zhuǎn)換成剪切波和其他波形，增加了對聲能的損耗。當聲波進入圓臺形空腔5時，圓臺形空腔5使入射聲波產(chǎn)生散射，同時發(fā)生波形變換，使部分聲波傳播方向發(fā)生改變，增加了聲波在穿孔層2內(nèi)的傳播距離，也增加了剪切波的成分，從而更有效地把入射波的能量損耗掉。
[0009]基層3由與水下航行器殼體表面聲阻抗相近的材料制成，使聲波能量進一步耗散的同時，增大聲波向水下航行器殼體表面的穿透量，減少聲波的反射。
[0010]本發(fā)明的依據(jù)是為縮短敵方聲納的作用距離，提高水下航行器的隱蔽性和安全性，敵方聲納探測聲波應盡可能全部投射進消聲瓦并在消聲瓦內(nèi)衰減掉，盡可能減少反射聲波。本發(fā)明一方面通過選用聲阻抗盡可能接近于水的橡膠材料制作表層I，增大入射聲波量;另一方面，通過含有組合空腔結(jié)構(gòu)，由聚氨酯雙層復合泡沫吸聲材料制成的穿孔層2，增大縱向聲波轉(zhuǎn)換為剪切波量和傳播距離，從而增大聲波能量的損耗，并通過復合材料提升低頻段吸聲效果;再者，通過選用與水下航行器殼體聲阻抗相匹配的材料制作消聲瓦基層3，進一步減少聲波的反射量。
[0011]該發(fā)明能夠在保持現(xiàn)有單一橡膠材料或多層材料圓柱形或圓錐形空腔結(jié)構(gòu)消聲瓦中高頻帶吸聲性能的情況下，提高低頻吸聲性能從而實現(xiàn)更寬頻段的高效吸聲。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明的有益效果如下:
[0013]表層I采用透聲聚氨酯彈性體并在其表面涂敷一層防水層，使表層具有較好的透聲防水性。
[0014]穿孔層2采用聚氨酯雙層復合泡沫吸聲材料，通過硬質(zhì)和軟質(zhì)層的組合提高消聲瓦的低頻吸聲性能，拓寬了吸聲頻帶。
[0015]基層3采用聲阻抗較大且與水下航行器殼體表面阻抗相匹配的材料，進一步增強聲波能量的消耗以及減少聲波的反射強度，縮短敵方主動聲納的探測距離。
[0016]穿孔層2中采用組合空腔結(jié)構(gòu)，圓臺形空腔具有比較好的承壓能力，在橡膠材料中單純增加空腔直徑會使承壓能力大幅度下降，而采用此種結(jié)構(gòu)不會因為單純增加空腔直徑影響其承壓性能。與圓柱形或圓錐形空腔結(jié)構(gòu)相比，該組合空腔結(jié)構(gòu)體積更大，空腔體積的增大有利于諧振頻率向低頻拓展，從而提升消聲瓦的低頻吸聲性能;另一方面，與圓臺空腔相通的喇叭形空腔組成回路諧振結(jié)構(gòu)，進一步拓寬了消聲瓦的吸聲帶寬。
[0017]本發(fā)明所需的材料以及工藝均較為成熟，通過粘合一體冷壓成型能夠有效降低成本，減少工程應用的復雜性。
【附圖說明】
[0018]圖1多層材料組合空腔結(jié)構(gòu)消聲瓦一個單元主剖視圖
[0019]圖2多層材料組合空腔結(jié)構(gòu)消聲瓦一個單元左剖視圖
[0020]圖3多層材料組合空腔結(jié)構(gòu)消聲瓦空腔結(jié)構(gòu)立體圖[0021 ]圖4多層材料組合空腔結(jié)構(gòu)消聲瓦俯視圖
[0022]圖中各標號表示為:1_消聲瓦表層;2-消聲瓦穿孔層;3-消聲瓦基層;4-喇叭形空腔;5-圓臺形空腔。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖及【具體實施方式】對發(fā)明作進一步介紹:
[0024]如圖1、圖2，圖3，圖4所示，一種多層材料組合空腔消聲瓦，包括表層1，穿孔層2，基層3。其中，表層I與介質(zhì)水接觸，所述表層I采用透聲聚氨酯彈性體，當聲波入射進來時由于透聲聚氨酯彈性體的聲阻抗與水的聲阻抗相匹配，使得敵方主動聲納聲波能夠最大限度入射進去，減少聲波的反射。所述穿孔層2采用聚氨酯雙層復合泡沫吸聲材料，入射進來的聲波通過組合空腔和聚氨酯雙層復合泡沫吸聲材料的波形轉(zhuǎn)換和能量耗散，將聲波能量轉(zhuǎn)換為熱能耗散掉。所述基層3采用阻抗更大且與水下航行器殼體阻抗相匹配的丁基橡膠，增加對聲波能量地耗散，減少反射能量。
[0025]用于水下航行器的消聲瓦，其中消聲瓦的表層I采用透聲聚氨酯彈性體，厚度為5mm，密度P=1070kg/m3，聲速1520m/s(海水聲速1570m/s)，聲衰減常數(shù)為0.03dB/cm，穿孔層2采用聚氨酯雙層復合泡沫吸聲材料，穿孔層2中喇叭形空腔的穿孔率是1.5%，圓臺空腔5的穿孔率為10.5%，穿孔層2厚度為40mm，組合空腔中喇叭形空腔的長度為30mm，圓臺空腔的長度是1mm;基層3采用優(yōu)化改良的丁基橡膠，密度為P= 1230kg/m3，損耗系數(shù)n = 0.6，泊松比V = 0.49，基層厚度為5mm。消聲瓦的整體厚度為50mm。三層橡膠材料通過粘合劑依次粘合再一體冷壓成型。
[0026]本領域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種多層材料組合空腔消聲瓦，包括表層(I)，穿孔層(2)，基層(3)，表層(I)與水介質(zhì)相接觸，基層(3)與水下航行器殼體表面相貼合，穿孔層(2)在表層(I)和基層(3)之間，其特征在于:穿孔層(2)具有組合空腔，組合空腔由喇叭形空腔(4)和圓臺形空腔(5)組成，圓臺形空腔(5)下底面位于基層(3)側(cè)，喇叭形空腔(4)位于圓臺形空腔(5)的上頂面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層材料組合空腔消聲瓦，其特征在于每個圓臺形空腔(5)上有2至6個喇叭形空腔(4)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多層材料組合空腔消聲瓦，其特征在于所述喇叭形空腔(4)的穿孔率為I%?2 %，喇叭形空腔(4)的長度占組合形空腔總長度的3/4。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多層材料組合空腔消聲瓦，其特征在于所述圓臺形空腔(5)的穿孔率為10%?20%，圓臺形空腔(4)的長度占組合形空腔總長度的1/4。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多層材料組合空腔消聲瓦，其特征在于:表層(I)由透聲聚氨酯彈性體制成，穿孔層(2)由聚氨酯雙層復合泡沫吸聲材料制成，基層(3)由與水下航行器殼體阻抗相匹配的丁基橡膠制成。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多層材料組合空腔消聲瓦，其特征在于:所述表層(I)，穿孔層(2)，基層(3)通過粘合劑依次粘合而成，并經(jīng)過一體冷壓成型。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多層材料組合空腔消聲瓦，由表層，穿孔層和基層組成，由圓臺形空腔和喇叭形空腔組成的混合形空腔結(jié)構(gòu)，成陣列地布置在穿孔層中，圓臺形空腔的穿孔率為10％～20％，喇叭形空腔的穿孔率為1％～2％，每個混合形空腔結(jié)構(gòu)由一個圓臺形空腔和2～6個喇叭形空腔結(jié)構(gòu)組成。其中表層由透聲聚氨酯彈性體制成，穿孔層由聚氨酯雙層復合泡沫吸聲材料制成，基層由與水下航行器殼體阻抗相匹配的丁基橡膠制成，三層結(jié)構(gòu)通過粘合劑依次粘合而成，并經(jīng)過一體冷壓成型。
【IPC分類】B63G8/39, G10K11/16, G10K11/168
【公開號】CN105620697
【申請?zhí)枴緾N201610054911
【發(fā)明人】樓京俊, 楊慶超, 劉國強, 李爽, 劉樹勇
【申請人】中國人民解放軍海軍工程大學
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2016年1月22日