[发明专利]一种多孔材料低频吸声结构

说明书

技术领域

本发明涉及吸声装置，具体地说，本发明涉及一种低频吸声结构。

背景技术

多孔材料作为有效的吸声材料已被广泛应用于降噪，例如像玻璃纤维板和微穿孔板这样的材料常被用于吸收空气中的噪声。此外，多孔橡胶也常被用于水下吸声。

多孔材料的基本吸声机理在Zwikker和Kosten的著作“Sound AbsorbingMaterials”(纽约，Elsevier，1949)中已有系统阐述，Allard后来又在其著作“Propagation of Sound in Porous Media”(伦敦，Elsevier，1993)中做了进一步的系统描述。几十年来也出现了不少用于处理多孔介质吸声问题的模型，特别是考虑弹性多孔介质在流体介质中声传播的Biot理论以及马大猷先生的用于微穿孔板的近似公式。但是，前者处理起来比较复杂，后者的公式只用于空气中声音吸收。而在实际应用中，尤其是水下低频吸声问题，对一些特定的吸声要求，比如特定低频范围内在特定厚度吸声层内，吸声系数必须达到一定指标。但是由于吸声结构和吸声材料的参数比较多，如何实现低频薄层吸声结构一直是人们关注的问题。

随着主动声纳的频率范围向低频扩展，对水下船体的消声技术也有了更高的要求。水下船体表面上敷设一层吸声材料用作低频消声的困难是当水声在低频时，比如500Hz，水波波长大约在数米的量级。如果用常规材料作船壳包敷层则会使得船壳的厚度在工程上过厚。常用的水下吸声材料主要有具有孔洞的橡胶，其基本原理是利用孔洞的变形将入射的纵波能量部分转变为横波能量。由于一般情况下水的剪切强度很小，被转变为横波的入射声波能量很难再被反射回水中。但是橡胶多孔材料在受到水下高压影响时孔洞的变形会影响其吸收频率范围。所以利用适当的高强度多孔材料是解决高压变形问题的一个可行方法。法国曾有报道利用陶瓷多孔材料降低水下回声，其材料厚度大约10cm，在3kHz附近反射回声降低大约20-30dB(Treny C，Garnier B，de Montigny R，Audoly C，Beretti S，the UnderseasDefense Technology conference，191，1995)。近年来，多孔金属泡沫以及多孔金属纤维等多孔金属的出现使得人们也关注其声学特性。但是，人们尚不清楚如何以及怎样将多孔金属实用于水下低频降噪。

发明内容

基于上述现有技术，本发明的目的是要提供一种基于共振和粘滞机理的吸声结构。

为了完成上述目的，本发明提供的多孔材料低频吸声结构包括外壳、多孔吸声板和透声层，所述外壳的底端开口，所述多孔吸声板安装于所述外壳靠底部的内壁上，所述多孔吸声板与所述外壳的顶部之间具有空腔；所述透声层封住所述外壳底端的开口；所述多孔吸声板是由金属材料制成的具有连通孔结构的吸声板；所述多孔吸声板的孔结构中充有粘滞流体。

上述技术方案中，所述金属材料制成的具有连通孔结构的吸声板包括具有通孔结构的金属板、金属纤维制作的多孔板、藕状多孔金属制作的多孔板、开孔金属泡沫制作的多孔板或金属粉末烧结材料制作的具有连通孔结构的多孔板。

上述技术方案中，所述粘滞流体是粘滞液体。

上述技术方案中，所述外壳由刚性背衬和刚性壁组成。

上述技术方案中，所述粘滞液体包括蓖麻油、硅油或者甘油。

上述技术方案中，所述多孔吸声板的板厚为2mm-20mm，所述空腔的深度为1mm-100mm。

上述技术方案中，所述多孔吸声板的孔结构迂曲度x满足1≤x≤3。

上述技术方案中，当所述多孔吸声板的孔结构迂曲度x＝1时，所述多孔吸声板的孔隙率大于0.04；当所述多孔吸声板的孔结构迂曲度x满足1＜x≤1.3时，所述多孔吸声板的孔隙率大于0.1；当所述多孔吸声板的孔结构迂曲度x满足1.3＜x≤3时，所述多孔吸声板的孔隙率大于0.4。

上述技术方案中，该吸声结构的外形为圆柱形或立方柱形。

本发明具有如下技术效果：本发明用于在流体中、特别是在液体中且尤其是在水中吸收声音。由于采用了机械强度高于玻璃纤维或化学纤维的金属多孔材料吸声板，并且采用了基于共振和粘滞的吸声机理，本发明的吸声结构能在特定的低频范围(如1Hz至1kHz)内在一定厚度下(如小于50mm)达到规定的指标(如吸声系数大于0.8)，同时能够保持该吸声结构的高强度特性。当本发明的多孔吸声板由铝合金或其它合金制成时，可以进一步减轻重量。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中：