[发明专利]一种花瓣形内插管式水下亥姆霍兹共鸣腔结构

说明书

本发明公开了一种花瓣形内插管式水下亥姆霍兹共鸣腔结构，腔体的内壁设置有阻尼内衬层，腔体一端的中心处开有孔，孔内设置有花瓣形内插管，花瓣形内插管和腔体焊接或胶接方式连接构成花瓣形内插管式水下亥姆霍兹共鸣腔结构。本发明具有优异的低频吸声性能以及良好的承载性能和轻量化性能。在设计方面具有更多的可调结构参数，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技术领域，具体涉及一种花瓣形内插管式水下亥姆霍兹共鸣腔结构。

背景技术

声学超材料是一种人工周期性复合结构，具有不同于天然材料的超常规声学特性，如声聚焦、负折射、单向透射、声隐身等。此外，深亚波长尺度结构对低频声波的完美吸收也是声学超材料的重要特殊性质之一。在空气声学中，通过空间缠绕或层级穿孔的结构设计，可以实现基于亥姆霍兹共振原理的完美吸收。通过具有不同几何参数的多个单元的并行连接，其中一些结构也表现出宽频带吸收能力。

但在水声学中，由于水的近似不可压缩性和相对较小的粘性，依赖于空气的粘性能量耗散的超材料将不再适用。此外，在相同频率下，水中的声波波长是空气的4倍以上，这使得通过小尺寸结构实现低频的完全吸收变得更加困难。

而传统的水下吸声材料/结构，例如具有周期性排布的空腔的吸声覆盖层、局域共振型声子晶体、阻抗渐变型吸声覆盖层等材料/结构，其基体大多为橡胶或聚氨酯，实际工作时需粘贴在水下装备的钢制外壳上，一方面增加了结构重量，另一方面承载性能较差，在深水载荷作用下易发生变形，从而削弱其吸声性能。综合来看，上述结构普遍存在带宽较窄、低频吸声性能不佳、加工制造困难、尺寸较大、轻量化性能不佳的问题。

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，提供一种花瓣形内插管式水下亥姆霍兹共鸣腔结构，解决传统水下吸声结构在普遍存在的带宽较窄、低频吸声性能不佳、加工制造困难、尺寸较大、轻量化性能不佳的问题。

本发明采用以下技术方案：

一种花瓣形内插管式水下亥姆霍兹共鸣腔结构，包括腔体，腔体的内壁设置有阻尼内衬层，腔体一端的中心处开有孔，孔内设置有花瓣形内插管，花瓣形内插管和腔体焊接或胶接方式连接构成花瓣形内插管式水下亥姆霍兹共鸣腔结构。

具体的，花瓣形内插管内壁的径向粗糙度满足函数Г关系如下：

Г＝d×[0.5-δcos(βx)]

其中，d为花瓣形内插管的平均直径，δ为花瓣形内插管的相对粗糙度，n为花瓣形内插管的空间波数，x为沿花瓣形内插管长度方向的坐标。

具体的，花瓣形内插管的平均直径为3～5mm。

具体的，花瓣形内插管的相对粗糙度为0.15～0.3。

具体的，花瓣形内插管的空间波数为4～8。

具体的，花瓣形内插管的长度为25～40mm。

具体的，腔体的形状为圆柱型、长方体型、六棱柱型或不规则形。

进一步的，腔体的直径为30～45mm。

进一步的，腔体的高度为30～50mm。

具体的，阻尼内衬层的厚度为2～4mm。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：