[发明专利]一种金字塔型点阵散射体夹杂型水下吸声结构

说明书

本发明公开了一种金字塔型点阵散射体夹杂型水下吸声结构，包括多个元胞，每个元胞内设置有金字塔点阵结构和散射体，多个元胞阵列设置构成金字塔型点阵散射体夹杂型水下吸声结构。本发明具有优异的力学性能以及良好的水下吸声性能。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

本发明属于水下吸声结构技术领域，具体涉及一种金字塔型点阵散射体夹杂型水下吸声结构。

背景技术

为了满足在静水压环境下设备的正常运行，绝大部分设备外壳均为金属结构，如合金钢或高强度铝合金等。声波在遇到这类材料时会在界面上发生反射，设备就完全暴露在敌方声纳探测范围之内。传统设备通过覆盖吸声材料以减少能量的反射，而现有的水下吸声材料主要由粘弹性聚合物材料制成，如橡胶、聚氨酯等，并且通过在其中加入一些增强剂可以提高材料的吸声性能。但是这种钢板加吸声层的结构存在高水压环境下会失效以及存水流环境下容易脱落等技术性难题，严重制约了水下设备的安全运行。如果开发出新的既能够承载，又能够吸声的结构，就可以解决高水压以及脱落的难题。

通过在水下吸声材料中加入散射体对吸声性能进行提升是一种比较常见的方法，一般散射体可分为空腔型散射体和刚性散射体两种。刚性散射体由于具有较大的密度和模量，在低频时与橡胶组成的系统存在局域共振现象。局域共振现象可以在一定频率范围内实现很好的吸声性能。除此之外，声波在刚性散射体表面会发生散射，通过改变声波的传播方向，从而对声波能量达到更好的吸收。但这种结构同样存在静水压力对吸声性能影响较大以及容易脱落等缺点。

金字塔点阵结构是一种新型的轻质结构，既能满足苛刻的结构强度、刚度等力学性能要求，又具有隔热、隔振以及电子屏蔽等优异的非力学性能，受到航天航空飞行器、海军舰船等多个领域的广泛关注。碳纤维或玻璃纤维复合材料由于具有与水比较接近的声阻抗，声波在水与复合材料的界面上反射较弱，是一种非常良好的水下声学材料。碳纤维复合材料金字塔点阵结构具有比金属点阵更加优异的比刚度和比强度。通过在其内部的大量空间填充其他功能性材料能够实现结构与功能的一体化设计。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种金字塔型点阵散射体夹杂型水下吸声结构，解决传统水下吸声结构在深水压下失效以及吸声材料容易脱落的难题。

本发明采用以下技术方案：

一种金字塔型点阵散射体夹杂型水下吸声结构，包括多个元胞，每个元胞内设置有金字塔点阵结构和散射体，多个元胞阵列设置构成金字塔型点阵散射体夹杂型水下吸声结构。

具体的，元胞包括两个面板，两个面板之间设置有阻尼层，金字塔点阵结构设置在阻尼层内。

进一步的，金字塔点阵结构包括四个斜杆，四个斜杆的一端连接成一体并与下部的面板连接，另一端分别与上部的面板连接。

更进一步的，斜杆采用树脂基碳纤维复合材料或树脂基玻璃纤维复合材料制成，斜杆与面板的夹角为45°。

进一步的，面板的厚度为1.5～2.5mm，采用粘弹性材料橡胶或聚氨酯制成。

进一步的，阻尼层的厚度为30～42mm，采用橡胶或聚氨酯制成。

进一步的，阻尼层的杨氏模量为6～15MPa，损耗因子大于0.3。

进一步的，散射体位于金字塔点阵结构的底部，散射体与金字塔点阵结构底部连接的面板的距离为0.01～1mm。

进一步的，散射体的直径为5～10mm，多个散射体均匀排布在阻尼层中。

具体的，散射体采用铅、铁或铝制成，形状为球形、圆柱形、长方体形或不规则形。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：