粗糙内插管式水下亥姆霍兹共鸣腔制造技术

本发明专利技术提供了一种粗糙内插管式水下亥姆霍兹共鸣腔，通过焊接或胶接腔体和粗糙内插管，形成亥姆霍兹共振腔，并在内插管内壁上引入轴向粗糙度，改善了结构的声阻抗特性，在腔体的内壁上粘贴阻尼内衬层，提供了额外的声容和声阻，提高了结构的低频吸声性能，拓宽了结构的吸声带宽。腔体结构在实现良好的低频吸声性能的前提下，减轻了结构重量，保证了结构承载性能。

【技术实现步骤摘要】
粗糙内插管式水下亥姆霍兹共鸣腔
本专利技术涉及水下吸声领域，具体是一种粗糙内插管式水下亥姆霍兹共鸣腔。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术的问题，提供了一种粗糙内插管式水下亥姆霍兹共鸣腔，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。本专利技术提供了一种粗糙内插管式水下亥姆霍兹共鸣腔，包括腔体、粗糙内插管和阻尼内衬层，腔体和粗糙内插管通过焊接或胶接相连，阻尼内衬层粘贴于腔体的内壁上，形成一种粗糙内插管式水下亥姆霍兹共鸣腔。本专利技术通过焊接或胶接腔体和粗糙内插管，形成亥姆霍兹共振腔，并在内插管内壁上引入轴向粗糙度，改善了结构的声阻抗特性，在腔体的内壁上粘贴阻尼内衬层，提供了额外的声容和声阻，提高了结构的低频吸声性能，拓宽了结构的吸声带宽。腔体结构在实现良好的低频吸声性能的前提下，减轻了结构重量，保证了结构承载性能。具体的，腔体由结构钢等硬质材料制成，上表面开有一个小孔，下表面固定在需要声学处理的结构表面上，结构钢的应用使结构具有良好的承载性能。进一步的，腔体的直径为30~40mm，腔体作为亥姆霍兹共振腔，起到了声容的作用，通过调整腔体的直径，可以控制结构的峰值吸声频率。进一步的，腔体的高度为30~50mm，腔体的高度决定了共振腔体的尺寸，改变腔体高度可以调整结构的吸声频带。具体的，粗糙内插管由结构钢等硬质材料制成，通过焊接或胶接与腔体上的开孔相连，粗糙内插管的设置将使腔体内部与外部连通，水通过粗糙内插管流入腔体内部，形成亥姆霍兹共振腔。进一步的，粗糙内插管的平均直径为3~5mm，粗糙内插管的直径决定了管内水柱的直径，通过调节粗糙内插管直径可以改变结构的亥姆霍兹共振特性，从而调节结构的吸声性能。进一步的，粗糙内插管的相对粗糙度为0.15~0.3，粗糙内插管的相对粗糙度决定了管内水柱的直径变化幅值，通过调节粗糙内插管相对粗糙度可以调控结构的声阻抗，实现对结构吸声性能的调控。进一步的，粗糙内插管的空间波数为0.32π~0.75π，粗糙内插管的空间波数决定了管内水柱的直径变化情况，通过调节粗糙内插管的空间波数可以调控结构的声阻抗，实现对结构吸声性能的调控。进一步的，粗糙内插管的长度为25~40mm，粗糙内插管的长度决定了穿孔内水柱的高度，控制着结构的共振吸声特性。具体的，阻尼内衬层由橡胶或聚氨酯等粘弹性材料制成，粘贴于腔体内壁上，阻尼内衬层的粘贴为亥姆霍兹共鸣腔提供了额外的声阻和声容，改善了结构的阻抗特性，有利于实现结构的低频水下吸声。进一步的，阻尼内衬层厚度为2mm~4mm，阻尼内衬层的厚度决定了额外增加的声阻和声容的大小，对结构的声阻抗特性会产生影响，通过合理设计可以实现特定频率的优异吸声效果。本专利技术有益效果在于：1、具有优异的低频吸声性能。本专利技术试件在196~353Hz的一定频率处的吸声系数可达到0.99以上，实现了完美吸声。与传统结构相比，其吸声系数向低频移动了60%~78%，吸声系数峰值提升了58%。且结构厚度仅为相应的完美吸声波长的1/153~1/135，是一种深亚波长尺度低频完美吸声超材料。2、具有良好的承载性能和轻量化性能。本专利技术的腔体由结构钢等硬质材料制成，该结构具有良好的耐压性能，是一种承载、轻量化的多功能结构。3、具有更多的可调参数和变量。本专利技术中的腔体直径、腔体高度、粗糙内插管直径、粗糙内插管相对粗糙度、粗糙内插管空间波数、粗糙内插管长度和阻尼内衬层厚度均为可调参数，可以根据具体的使用场景，如对承载性能的要求或对声学性能的要求合理的进行选择调整。4、结构简单，易于制造。附图说明图1为一种粗糙内插管式水下亥姆霍兹共鸣腔示意图，其中，（a）为一种粗糙内插管式水下亥姆霍兹共鸣腔示意图，（b）为一种粗糙内插管式水下亥姆霍兹共鸣腔剖视图，（c）为粗糙内插管剖视图；图2为本专利技术三个实施例在0~1000Hz内的吸声系数示意图。其中：1.腔体；2.粗糙内插管；3.阻尼内衬层。具体实施方式在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。本专利技术一种粗糙内插管式水下亥姆霍兹共鸣腔，通过焊接或胶接腔体1和粗糙内插管2，形成亥姆霍兹共振腔，并在内插管内壁上引入轴向粗糙度，改善了结构的声阻抗特性，在腔体的内壁上粘贴阻尼内衬层3，提供了额外的声容和声阻，提高了结构的低频吸声性能，拓宽了结构的吸声带宽。腔体1结构在实现良好的低频吸声性能的前提下，减轻了结构重量，保证了结构承载性能，解决了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。请参阅图1（a）、图1（b）和图1（c），本专利技术一种粗糙内插管式水下亥姆霍兹共鸣腔，包括腔体1、粗糙内插管2和阻尼内衬层3，腔体1和粗糙内插管2通过焊接或胶接相连，阻尼内衬层3粘贴于腔体1的内壁上，形成一种粗糙内插管式水下亥姆霍兹共鸣本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种粗糙内插管式水下亥姆霍兹共鸣腔，其特征在于：包括腔体、粗糙内插管和阻尼内衬层，腔体和粗糙内插管通过焊接或胶接相连，阻尼内衬层粘贴于腔体的内壁上，形成粗糙内插管式水下亥姆霍兹共鸣腔；所述的腔体上表面开有小孔，下表面固定在需要声学处理的结构表面上；所述的粗糙内插管通过焊接或胶接与腔体上的小孔相连，粗糙内插管内壁的轴向粗糙度由函数Г=d×[0.5-δcos(βx)]刻画，其中d为粗糙内插管的平均直径，δ为粗糙内插管的相对粗糙度，β为粗糙内插管的空间波数，x为沿粗糙内插管长度方向的坐标。/n

【技术特征摘要】
1.一种粗糙内插管式水下亥姆霍兹共鸣腔，其特征在于：包括腔体、粗糙内插管和阻尼内衬层，腔体和粗糙内插管通过焊接或胶接相连，阻尼内衬层粘贴于腔体的内壁上，形成粗糙内插管式水下亥姆霍兹共鸣腔；所述的腔体上表面开有小孔，下表面固定在需要声学处理的结构表面上；所述的粗糙内插管通过焊接或胶接与腔体上的小孔相连，粗糙内插管内壁的轴向粗糙度由函数Г=d×[0.5-δcos(βx)]刻画，其中d为粗糙内插管的平均直径，δ为粗糙内插管的相对粗糙度，β为粗糙内插管的空间波数，x为沿粗糙内插管长度方向的坐标。


2.根据权利要求1所述的粗糙内插管式水下亥姆霍兹共鸣腔，其特征在于：所述的腔体由硬质材料制成，包括结构钢。


3.根据权利要求1所述的粗糙内插管式水下亥姆霍兹共鸣腔，其特征在于：所述的腔体的直径为30~40mm，形状为圆柱型、长方体型、六棱柱型或不规则形。


4.根据权利要求1所述的粗糙内插管式水下亥姆霍兹共鸣腔，其特征在于：所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢天健，辛锋先，段明宇，徐志敏，于晨磊，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，西安交通大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32