[发明专利]一种内嵌散射体及空腔的指数梯度声学覆盖层

说明书

本发明公开了一种内嵌散射体及空腔的指数梯度声学覆盖层，包括匹配层(1)、吸声层(2)和钢背衬(3)。匹配层由玻璃钢制成，吸声层由多个矩形单元阵列排列而成，每个单元以密度为1000kg/msupgt;3/supgt;的硅橡胶为基体，内部嵌入两层钢圆柱散射体和两层圆柱空腔，内嵌的钢圆柱散射体和圆柱空腔沿单元中线位置垂直排列，每层散射体或空腔具有不同的等效密度，整体呈指数形式梯度分布，吸声两侧做封口处理。钢背衬用来模拟水下航行器壳体。吸声层单元之间涂抹粘接剂经冷压粘接在一起，匹配层、吸声层和钢背衬三者之间同样涂抹粘接剂经冷压组合成一体。本发明中的梯度设计，能够有效拓宽低频吸声带宽，解决了声学覆盖层低频吸声频带窄的问题。

技术领域

本发明涉及减振吸声技术领域，具体涉及一种内嵌散射体及空腔的指数梯度声学覆盖层。

背景技术

随着水下探测技术的发展，对潜艇等水下航行器的声隐身性能要求越来越高。在低中速航行下，机械噪声是最主要的噪声源，机械设备引起的声辐射主要处于低频范围。高速航行工况中，螺旋桨噪声和水动力噪声成为主要噪声源，而高频信号随着传播距离增加，衰减十分迅速，不易被声呐设备远距离探测。加之声呐工作频率逐渐向低频发展，因此控制低频辐射噪声是提高水下航行器声隐身性能的首要环节。“二战”中德国人将被称为阿尔贝里奇(Alberich)的吸声覆盖层应用到潜艇上，其具有优良的声隐身性能，大大提高了海中对抗作战能力。这种最早的吸声覆盖层，是一种背部附有圆柱空腔的橡胶类吸声材料。许多国家在阿尔贝里奇的基础上，对吸声覆盖层展开了研究。

目前国内外提出了多种复杂形状声腔结构的吸声覆盖层，如圆台型、指数型、倒锥型等空腔，利用空腔谐振的原理达到吸声效果，但普遍存在低频吸声频带窄的缺点。文献“Sound absorption behaviors of metamaterials with periodic multi-resonatorand voids in water”中提出一种内部嵌入多谐振器和空腔的组合结构，结果表明由于多谐振器和空腔之间的耦合共振，可以有效拓宽吸声频带，但在低频范围并不明显。文献“Sound absorption by rubber coatings with periodic voids and hard inclusions”中提出一了种吸声层内部具有周期性分布的硬夹杂物及空腔组合结构，利用与硬夹杂物及空腔有关的偶极共振和法布里-珀罗共振控制吸声，最终实现在500Hz处出现一个吸收峰，但低频吸收峰单一，同样存在吸声频带窄的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的缺陷，提出一种内嵌散射体及空腔的指数梯度声学覆盖层，通过在硅橡胶基体中内嵌钢圆柱散射体或圆柱空腔，改变整体的密度分布，使整个吸声层的密度以阶跃形式呈现指数形式梯度变化，能够有效拓宽低频吸声频带，明显提高低频范围声学覆盖层的吸声性能并在中高频范围具有良好的吸声性能，有效降低水下结构的目标强度和辐射噪声。

本发明中所述声学覆盖层的设计通过以下所述技术方案来实现：

参见图1，本发明所述的一种内嵌散射体及空腔的指数梯度声学覆盖层，由匹配层、吸声层和钢背衬组成。匹配层由玻璃钢制成，其密度与水接近，特性声阻抗与水匹配，可以使水中的声波无反射的进入吸声层。吸声层由多个矩形单元阵列排列而成，每个单元以密度为1000kg/m³的硅橡胶为基体，内部嵌入两层钢圆柱散射体和两层圆柱空腔，内嵌的钢圆柱散射体和圆柱空腔沿单元中线位置垂直排列，每层散射体或空腔具有不同的等效密度，整体呈指数形式梯度分布，吸声两侧做封口处理。钢背衬用来模拟水下航行器壳体。吸声层单元之间涂抹粘接剂经冷压粘接在一起，匹配层、吸声层和钢背衬三者之间同样涂抹粘接剂经冷压组合成一体。

所述吸声层的每个单元中，钢圆柱散射体和圆柱空腔的长度均为1000mm，其轴线与单元的每个面平行，可以根据实际使用要求选择单元的数量自行制造。

吸声层密度分布满足曲线：