[发明专利]一种基于局域共振原理的阻抗渐变型声学覆盖层

说明书

本发明公开了一种基于局域共振原理的阻抗渐变型声学覆盖层，该覆盖层将传统声学覆盖层的单层材料改为多层阻抗渐变材料，与水接触的最外层覆盖层材料的阻抗与水介质的特性阻抗更为接近，使得入射到覆盖层外表面的声能量能够更多地进入覆盖层内部，而中间层和最底层的材料的阻抗值则依次增加，以提升对于进入到覆盖层的声能量的吸收作用；另外，每一层材料中所添加的局域共振单元的存在，能够对于某一频率范围的声波起到较强的阻隔的作用，即产生带隙，使得在该频率范围内的声能量得到较大的衰减，这也能改善覆盖层的吸声性能，从而实现水下目标的声隐身性能，保证水下航行器的航行安全。

技术领域

本发明涉及涉及的是一种减振降噪领域的装置，具体是一种基于局域共振原理的阻抗渐变型声学覆盖层。

背景技术

声学覆盖层是敷设水下航行器外表壳体表面用以吸收外部探测信号的一种声学材料。传统的声学覆盖层多以橡胶为代表的纯聚合物作为覆盖层的主要材料。同时，在橡胶层中添加单独或者组合的周期性共振单元的声学覆盖层。相较于单纯的纯聚合物覆盖层结构，含有局域共振单元的声学覆盖层由于共振单元的存在，单元的共振作用能够使得更多声能量被基体材料所吸收。另外，传统的覆盖层多为单一纯聚合物材料的单阻抗型层结构，而本发明采用的覆盖层结构是不同阻抗橡胶材料组合成的阻抗渐变型覆盖层。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于局域共振原理的阻抗渐变型声学覆盖层，以克服现有技术的不足。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于局域共振原理的的阻抗渐变型声学覆盖层，该覆盖层将传统声学覆盖层的单层材料改为多层阻抗渐变材料，与水接触的最外层覆盖层材料的阻抗与水介质的特性阻抗更为接近，使得入射到覆盖层外表面的声能量能够更多地进入覆盖层内部，而中间层和最底层的材料的阻抗值则依次增加，以提升对于进入到覆盖层的声能量的吸收作用；另外，每一层材料中所添加的局域共振单元的存在，能够对于某一频率范围的声波起到较强的阻隔的作用，即产生带隙，使得在该频率范围内的声能量得到较大的衰减，这也能改善覆盖层的吸声性能，从而实现水下目标的声隐身性能，保证水下航行器的航行安全。

优选的，所述覆盖层是多层橡胶组成，每层橡胶层的特性阻抗由上及下逐渐增大；每层橡胶层有周期性排列的共振单元，共振单元可以但不限于是单一周期性球体单元，或者球体-柱体等其他组合单元的形式；声波由外部水介质垂直入射到覆盖层表面。

优选的，所述覆盖层可以为但不限于是以下两种形式中的任意一种：

（a）覆盖层是由多层阻抗不同的橡胶材料组合而成；每一橡胶层中都设计有一周期性水平排列的共振单元，共振单元为对称月牙柱状散射体单元，而每一层橡胶的阻抗值由上及下逐渐增加；

（b）覆盖层每一橡胶层中都设计有一周期性水平排列的共振单元，共振单元为对称月牙柱-圆柱-六边形柱的组合散射体；而每一层橡胶的阻抗值由上及下逐渐增加。

本发明的吸声性能的机理简述如下：

（1）阻抗渐变吸声机理。传统的声学覆盖层多为材料单一的单阻抗覆盖层结构，而阻抗渐变型声学覆盖层通常是多种阻抗材料组成的梯度复合结构层。通常，阻抗渐变会设计成上层材料的阻抗与接触介质阻抗接近，而中间层和下层材料的阻抗则逐渐增加。这样的设计是因为当与外部介质（通常是水介质）接触的上层材料的等效阻抗与外部介质的特性阻抗匹配时,声波能够更多地进入到覆盖层之中，即可以降低反射波的强度；随中间层和下层材料的阻抗的增大，进入覆盖层内的声能量则会被更多地耗散，在覆盖层末端的反射也随之减少。

（2）局域共振原理。通过在均质吸声材料内部引入各种周期性排列的有机或无机物粒子、中空小球以及金属颗粒、玻璃微球等共振单元（也称之为散射体），利用共振单元与声波的相互作用实现对声波的有效衰减。因为共振单元存在，在特定频率的弹性波激励下各个散射体产生共振,并与弹性波长波行波产生相互作用, 从而抑制弹性波的传播并产生带隙，实现能够阻隔某个频率范围的声波的传播。