一种水平带间隙超材料的水下潜器法兰制造技术

本发明专利技术公开了一种水平带间隙超材料的水下潜器法兰，包括突缘结构

【技术实现步骤摘要】
一种水平带间隙超材料的水下潜器法兰


[0001]本专利技术属于海洋水下工程
，具体涉及一种水平带间隙超材料的水下潜器法兰
。

技术介绍

[0002]由于电磁波和光波在水中存在剧烈衰减现象，因此深远海水下潜器的水下探测
、
导航和通讯主要基于能够实现长距离传播的声学设备
。
鱼雷
、
潜艇
、ARV
等水下潜器在运行时不可避免地产生辐射噪声
。
高自噪声水平一方面会使背景噪声过大导致声学设备无法使用；另一方面也增加了暴露风险
。
辐射噪声大小是其声隐身及操控性能的重要指标，但目前深远海水下潜器及的辐射噪声控制中存在低频
/
中低频段宽频降噪难题
。
而传统的振动噪声控制手段存在作用频段较窄
、
需要复杂设计以及消耗大量能量等问题
。
[0003]对于水下潜器，其壳体的振动噪声主要由动力装置产生，并由法兰结构进行传递
。
水下潜器的法兰结构主要用于水下设备的连接和密封
。
常见的结构形式包括平面法兰
、
凹凸法兰和超窄法兰
。
平面法兰主要用于与设备端面的连接，而凹凸法兰和超窄法兰则用于不同设备的连接
。
这些法兰结构通常由铝合金
、
铸铁
、
铸钢
、
锻钢和不锈钢等材料制成
。
常见的法兰结构主要用于设备的支撑，因此主要考虑刚度和刚度是否满足要求，而往往忽略其动力学特性，因此往往不能对动力装置的振动进行有效抑制
。
[0004]带隙超材料是一种人工设计的用于抑制特定频段弹性波在其内部传播的周期性结构
。
在实际的结构中弹性波以振动的形式表现出来，因此带隙超材料结构可以抑制特定频段的振动，具有隔振的力学特性；如果带隙超材料结构受声波激励，声波在其内部会转化为弹性波的形式继续传播，因此对特定频率的声波带隙超材料结构也具有隔声的声学特性
。
因此带隙超材料在特定频段范围内具有良好的减振降噪效果
。
[0005]目前，一些文献探讨了带隙超材料在水下潜器中的应用前景
。
例如一种水下亚波长空间盘绕型声学超材料，
201811034463[P].4.2018.09.05
，夏百战等提出了一种水下亚波长空间盘绕型声学超材料，但是该材料存在该结构复杂，结构重量较大的缺点
。
例如
QU Y, MENG G. Three
‑
dimensional elasticity solution for vibration analysis of functionally graded hollow and solid bodies of revolution. Part I: Theory[J/OL]. European Journal of Mechanics
ꢀ‑ꢀ
A/Solids, 2014, 44: 222
‑
233. https://doi.org/10.1016/j.euromechsol.2013.11.004
，该文章作者设计了由星形胞元组成的水下潜器外壳，从整体结构的角度出发，验证了带隙超材料对振动控制的有效性但是没有从胞元的角度进行带隙设计，无法实现特定频段的振动控制
。
例如
LI Q, LI P, GUO Y, 等
. A comparative study on mechanical and vibroacoustic performance of sandwich cylindrical shells with positive, negative, and zero Poisson
’
s ratio cellular cores[J/OL]. Journal of Ocean Engineering and Science, 2022[2023
‑
05
‑
18].https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2468013322002388
，李清等从胞元层面设计了由正
、
零
、
负泊松比胞元构成的胞元结构，并进行周期性序构形成水下潜器
外壳
。
然而，由于水下潜器的空间有限，基于壳体的带隙超材料设计往往需要过多的占用空间，降低水下潜器的可使用性；另外基于壳体的带隙超材料存在尺寸限制，胞元尺寸通常较小，这就导致胞元的带隙频率较高，难以实现中低频的振动控制
。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种水平带间隙超材料的水下潜器法兰，能够解决现有技术方案中存在的缺少胞元带隙设计
、
中低频振动难以控制
、
空间尺寸限制较大，造成水下航行器的振动噪声问题
。
[0007]为解决上述问题，本专利技术提供的技术方案如下：
[0008]本专利技术实施例提供一种水平带间隙超材料的水下潜器法兰，其包括突缘结构
、
位于所述突缘结构外围的轮缘结构
、
以及连接所述突缘结构和所述轮缘结构的水平加肋网架，所述水平加肋网架上设置有带间隙超材料的星形胞元序构，所述星形胞元序构为3层圆周阵列星形胞元，每层圆周阵列星形胞元的数量为
15
个；
[0009]每个星形胞元包括4个尖角结构
、4
条延伸线段
、
以及位于用于连接4个尖角结构的4条折线段；每条延伸线段的端部连接至与其相邻一条折线段的拐角处；其中，每个星形胞元
x、y
方向尺寸不同，星形胞元
y
方向的径向尺寸为
Ly
，星形胞元
x
方向周向尺寸为
Lx
；星形胞元的相邻两条折线段中相邻两边长分别为
a
和
b
，边长
b
与
Lx
的夹角为
γ
，边长
a
与
Ly
的夹角为
θ
，星形胞元在
x
方向的延伸线段的长度为
m
，星形胞元在
y
方向的延伸线段的长度为
L
，星形胞元主体部分为4条折线段，星形胞元集中质量部分为星形胞元的4个尖角结构；星形胞元主体部分的厚度为
t1
，星形胞元集中质量部分的厚度为
t2
，集中质量区域长度为
(0.1
～
0.2)a
和
(0.1
～
0.2)b
，存在关系：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种水平带间隙超材料的水下潜器法兰，其特征在于，包括突缘结构
、
位于所述突缘结构外围的轮缘结构
、
以及连接所述突缘结构和所述轮缘结构的水平加肋网架，所述水平加肋网架上设置有带间隙超材料的星形胞元序构，所述星形胞元序构为3层圆周阵列星形胞元，每层圆周阵列星形胞元的数量为
15
个；每个星形胞元包括4个尖角结构
、4
条延伸线段
、
以及位于用于连接4个尖角结构的4条折线段；每条延伸线段的端部连接至与其相邻一条折线段的拐角处；其中，每个星形胞元
x、y
方向尺寸不同，星形胞元
y
方向的径向尺寸为
Ly
，星形胞元
x
方向周向尺寸为
Lx
；星形胞元的相邻两条折线段中相邻两边长分别为
a
和
b
，边长
b
与
Lx
的夹角为
γ
，边长
a
与
Ly
的夹角为
θ
，星形胞元在
x
方向的延伸线段的长度为
m
，星形胞元在
y
方向的延伸线段的长度为
L
，星形胞元主体部分为4条折线段，星形胞元集中质量部分为星形胞元的4个尖角结构；星形胞元主体部分的厚度为
t1
，星形胞元集中质量部分的厚度为
t2
，集中质量区域长度为
(0.1
～
0.2)a
和
(0.1
～
0.2)b
，存在关系：
Lx=2(L+b
×
sin(
γ
)
‑
a
×
cos(
θ
))、Ly=2(L+b
×
cos(
γ
)
‑
a
×
sin(
θ
))
，
L<(Lx/2)
，
...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄曜泽，杨德庆，
申请(专利权)人：上海交通大学三亚崖州湾深海科技研究院，
类型：发明
国别省市：