一种含有梯度变化圆柱空腔的低频吸声覆盖层制造技术

一种含有梯度变化圆柱空腔的低频吸声覆盖层涉及水下航行探测技术领域，包括封口层、吸声层和基层。吸声层由数个相同的长方体单元周期排列而成，其前表面剖面为长方形。在每个单元中，沿入射方向上分布有第一层圆柱空腔、第二层圆柱空腔和第三层圆柱空腔：第一层分布1个圆柱空腔，第二层分布2个等间距的圆柱空腔，第三层分布3个等间距的圆柱空腔。第一层圆柱空腔、第二层圆柱空腔和第三层圆柱空腔两端设置有封口层。封口层和吸声层均采用PDMS制作，基层采用钢材料制作。本发明专利技术圆柱空腔的数量采用梯度变化设计能够有效降低吸声频带的频率范围，通过较为简单结构得到较好的低频吸声性能，结构简单，适用于低频减振降噪方面的应用。应用。应用。

【技术实现步骤摘要】
一种含有梯度变化圆柱空腔的低频吸声覆盖层


[0001]本专利技术涉及水下航行探测
，具体涉及一种含有梯度变化圆柱空腔的低频吸声覆盖层。

技术介绍

[0002]吸声覆盖层被广泛地应用于覆盖在水下航行器壳体上，其能够抑制壳体振动和吸收主动声纳的探测声波，降低水下航行器的声反射强度，进而减小主动声纳探测距离。目前，国内外应用的吸声覆盖层大多由具有一定阻尼性能的橡胶材料制成，橡胶层内部嵌有周期性空腔结构，如球形、圆台形、圆柱形等，利用空腔谐振、波形转换和弛豫效应的机理对声波进行有效的吸收。然而，基于空腔谐振原理的吸声覆盖层吸声频带普遍较窄，无法实现水下宽带吸声。
[0003]现有解决方法包括：(1)利用圆柱形空腔、椭圆形空腔以及组合型空腔的声学性能(陶猛，赵阳，王广玮.基于遗传算法的圆柱空腔吸声覆盖层参数优化研究.振动与冲击2014)。这种结构的设计理念是：在高频段使基底材料与水的特性阻抗相匹配，并适当降低声速，增大损耗因子以获得较大吸声系数，属于阻性吸声；在低频段则以共振和结构设计的抗性吸声为主，以达到最佳吸收带宽效果。综合优化材料属性和结构参数能使结构的吸声系数体现双共振峰或多共振峰特点，从而获得优异的宽频吸声性能，但缺点是，随着大腔的出现(空腔数量增多、腔体积增大)，吸声系数的峰值逐渐降低。(2)采用横向排列的周期性圆柱空腔(Sharma GS,Skvortsov A,MacGillivray I,Kessissoglou N.Acoustic performance of gratings of cylindrical voids in a soft elastic medium with a steel backing.J.Acoust.Soc.Am.2017,141(6):4694
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704.)。该结构是一种在PDMS硅橡胶中分布单层圆柱空腔阵列的吸声结构，圆柱空腔的轴线垂直于入射声波的方向，利用空腔谐振和波形转换机理可以大幅度衰减入射声波，而且有效吸声频率可以达到几百赫兹的低频范围，但频带宽度较窄。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种含有梯度变化圆柱空腔的低频吸声覆盖层，能够有效降低吸声频带的频率范围，提高低频声吸收性能的内嵌圆柱空腔的低频宽带吸声覆盖层。
[0005]本专利技术解决技术问题所采用的技术方案如下：
[0006]一种含有梯度变化圆柱空腔的低频吸声覆盖层，该覆盖层包括：封口层、吸声层和基层；封口层位于所述吸声层的两个端面，用于对所述吸声层进行密封；吸声层由数个相同的长方体单元水平周期排列而成，端面为长方形；每个长方体单元中分布有一定排布方式的圆柱空腔，所述每个长方体的两个端面分别与所对应的封口层的内侧连接；基层位于所述封口层和所述吸声层的底面，模拟水下结构体的外壳。
[0007]优选的，所述吸声层的每个单元中由上至下并前后贯穿有三层圆柱空腔，并且第
一层分布1个圆柱空腔，第二层分布2个圆柱空腔，第三层分布3个圆柱空腔。
[0008]优选的，所述吸声层的每个单元中，第一层圆柱空腔、第二层圆柱空腔和第三层圆柱空腔的轴线与单元的上下表面、左右侧面和所述基层平行，与所述两个封口层相互垂直。
[0009]优选的，所述吸声层的每个单元中，第一层圆柱空腔、第二层圆柱空腔和第三层圆柱空腔的空腔长度相等，长度为1m。
[0010]优选的，所述吸声层的每个单元中，第一层圆柱空腔中，圆柱空腔的圆心到单元左右边界垂线的长度a1＝20mm；第二层圆柱空腔中，圆柱空腔的圆心到单元最近边界垂线的长度a2＝10mm；第三层圆柱空腔中，两侧圆柱空腔的圆心到单元最近边界垂线的长度a3＝6.7mm。
[0011]优选的，所述吸声层的每个单元中，第二层圆柱空腔中相邻圆柱空腔的圆心距b＝20mm；第三层圆柱空腔中相邻圆柱空腔的圆心距c＝13.3mm。
[0012]优选的，所述吸声层的每个单元中，三层圆柱空腔的空腔半径相同，半径r＝3mm。
[0013]优选的，所述吸声层的每个单元中，单元的上边界与第一层圆柱空腔的净距d1＝21mm，第一层圆柱空腔与第二层圆柱空腔的净距d2＝80mm，第二层圆柱空腔与第三层圆柱空腔的净距为d3＝30mm，第三层圆柱空腔与单元的下边界的净距为d4＝10mm，净距离呈负梯度变化d2＞d3＞d4。
[0014]优选的，所述吸声层中每个单元的宽度a相等，宽度a＝40mm；基层厚度s＝20mm；吸声层的厚度d＝150mm，封口层的厚度为30mm。
[0015]优选的，所述吸声层和封口层均采用PDMS聚二甲基硅氧烷硅橡胶制作；封口层、吸声层和基层通过粘合剂粘合在一起，并经过一体冷压成型；基层采用钢材料制作。
[0016]本专利技术的有益效果是：本专利技术可以通过较为简单的结构得到较高的吸声性能，适用于水下低频减振降噪方面的应用，具有较好的水下低频声吸收效果。本专利技术具有结构简单，制作工艺简单，可设计性强的特点。本专利技术克服了采用单一材料带来的低频吸声性能欠佳问题；圆柱空腔的数量和间距采用梯度变化设计能够有效降低吸声频带的频率范围，适用于低频宽带减振降噪方面的应用。
附图说明
[0017]图1本专利技术一种含有梯度变化圆柱空腔的低频吸声覆盖层的剖面图。
[0018]图2本专利技术吸声层的长方形单元结构示意图。
[0019]图3本专利技术吸声层的长方形单元正面示意图。
[0020]图4本专利技术一种含有梯度变化圆柱空腔的低频吸声覆盖层实施例1的吸声系数曲线。
[0021]图5本专利技术一种含有梯度变化圆柱空腔的低频吸声覆盖层实施例2的吸声系数曲线。
[0022]图中：1、封口层、2、吸声层、3、基层、4、第一层圆柱空腔、5、第二层圆柱空腔、6、第三层圆柱空腔。
具体实施方式
[0023]下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细说明。
[0024]如图1和图2所示，一种含有梯度变化圆柱空腔的低频吸声覆盖层，包括封口层1、吸声层2和基层3，所述吸声层2由6个长方体单元组成，单元中分布有一定排布方式的圆柱空腔，所述的圆柱空腔的横截面形状均为圆面。每个圆柱空腔上设置有封口层。所述封口层1和吸声层2均采用PDMS聚二甲基硅氧烷硅橡胶制作，所述基层3采用钢材料制作，在每个单元中，第一层含有1个圆柱空腔，第二层含有2个等间距的圆柱空腔，第三层含有3个等间距的圆柱空腔。三层圆柱空腔的长度相同，长度为1m。选用的吸声层2的厚度d＝150mm，每个单元的厚度相等，厚度d＝150mm，宽度相等，宽度a＝40mm。封口层1的厚度为30mm。基层3的厚度s＝20mm。所述封口层1、吸声层2和基层3通过粘合剂粘合而成，并经过一体冷压成型。
[0025]实施例1
[0026]本实例的吸声覆盖层中吸声层和封口层的材料为一种PDMS硅橡胶，PDMS硅橡胶的密度为1000kg/m3，复杨氏模量为(1.879+0.540i)MPa，泊松比为0.4997本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含有梯度变化圆柱空腔的低频吸声覆盖层，其特征在于，该覆盖层包括：封口层、吸声层和基层；封口层位于所述吸声层的两个端面，用于对所述吸声层进行密封；吸声层由数个相同的长方体单元水平周期排列而成，端面为长方形；每个长方体单元中分布有一定排布方式的圆柱空腔，所述每个长方体的两个端面分别与所对应的封口层的内侧连接；基层位于所述封口层和所述吸声层的底面，模拟水下结构体的外壳。2.根据权利要求1所述的一种含有梯度变化圆柱空腔的低频吸声覆盖层，其特征在于，所述吸声层的每个单元中由上至下并前后贯穿有三层圆柱空腔，并且第一层分布1个圆柱空腔，第二层分布2个圆柱空腔，第三层分布3个圆柱空腔。3.根据权利要求2所述的一种含有梯度变化圆柱空腔的低频吸声覆盖层，其特征在于，所述吸声层的每个单元中，第一层圆柱空腔、第二层圆柱空腔和第三层圆柱空腔的轴线与单元的上下表面、左右侧面和所述基层平行，与所述两个封口层相互垂直。4.根据权利要求2所述的一种含有梯度变化圆柱空腔的低频吸声覆盖层，其特征在于，所述吸声层的每个单元中，第一层圆柱空腔、第二层圆柱空腔和第三层圆柱空腔的空腔长度相等，长度为1m。5.根据权利要求2所述的一种含有梯度变化圆柱空腔的低频吸声覆盖层，其特征在于，所述吸声层的每个单元中，第一层圆柱空腔中，圆柱空腔的圆心到单元左右边界垂线的长度a1＝20mm；第二层圆柱空腔中，圆柱空腔的圆心到单元最近边界垂线的长度a2＝1...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡博，王世博，杜逸眉，李明杰，陈聪，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：