一种多层材料组合空腔消声瓦的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明是一种消声装置，具体是有多层材料组合空腔结构的消声瓦，属于减振降噪领域。
【背景技术】
[0002]水下航行器在水下运动时会产生机械噪声、螺旋桨噪声和水动力噪声，噪声过大易被敌方声纳探测，从而影响其隐蔽性和安全性。为降低敌方声纳的探测距离和提升自身声纳的作用距离，在水下航行器外壳敷设消声瓦是一种非常有效的措施，性能良好的消声瓦不仅能够吸收大部分敌方主动声纳的探测声波，而且能够抑制自身噪声的向外传播。
[0003]目前，水下航行器消声瓦大多由声阻抗较大的单一或多层橡胶材料制成具有一定厚度的橡胶块，橡胶块内部具有多个圆柱形或圆锥形空腔结构。上述消声瓦在一定的频率范围内能够起到较好的消声效果，但消声频带较窄，特别是在低频段吸声效果较差。本发明针对提高低频段吸声效果、拓宽吸声频段的问题，发明了一种多层材料组合空腔消声瓦。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的问题是提供一种多层材料组合空腔的消声瓦，能够实现低频宽带高效吸声，且具有一定的降噪特性，缩短敌方声纳的作用距离，提升自身声纳的作用距离，从而提高水下航行器的隐蔽性和安全性。
[0005]多层材料组合空腔结构消声瓦，由表层1、穿孔层2和基层3三层结构组成，表层1、穿孔层2和基层3采用不同材料制成，三层结构通过粘合剂依次粘合，并使用特制的压紧工具一体冷压成型。表层I与水介质相接触，基层3与水下航行器壳体表面相贴合，穿孔层2在表层I和基层3之间。组合空腔结构成阵列布置在穿孔层中，组合空腔结构由圆台空腔5和喇叭形空腔4组成，圆台空腔5下底面位于基层3侧，喇叭形空腔4位于圆台空腔5的上顶面，每个圆台空腔5上面有2至6个喇叭形空腔4。
[0006]其中表层I由声阻抗尽可能与水声阻抗接近的吸声材料制成，即表层吸声材料的声阻抗PC值(P代表材料密度，C代表声波在表层材料中的传播速度)与水的声阻抗P7JcC7Jc相匹配，提高声波的穿透性，减少声波反射。在表层表面涂敷一层防水涂层提高消声瓦的防水性。
[0007]穿孔层2由聚氨酯双层复合泡沫吸声材料制成，聚氨酯具有吸声系数高，密度小，富有弹性，施工方便，成本低等优点，双层复合泡沫吸声材料通过硬质闭孔泡沫板材和软质闭孔泡沫板材的组合既能提高消声瓦的低频吸声性能还能保持消声瓦在中高频较好的吸声性能。硬质闭孔泡沫材料和软质开孔泡沫材料均属于聚氨酯泡沫，其中硬质闭孔泡沫结构强度大、绝缘和耐老化性能优越，通过使用硬质闭孔泡沫材料，可有效解决消声瓦抗压性问题;软质开孔泡沫材料，在不同频段均具有较好的吸声性能，但耐压性能差，通过将硬质闭孔泡沫材料和软质开孔泡沫材料的复合，在保证消声瓦抗压性的同时，可显著提高其吸声性能。
[0008]组合空腔成阵列布置在穿孔层中，喇叭形空腔的穿孔率1%?2%，圆台形空腔的穿孔率10%?20%，穿孔率为单位面积上的穿孔总面积与单位面积之比。组合空腔中，喇叭形空腔的长度占组合空腔总长度的3/4，圆台形空腔的长度占组合空腔总长度的1/4。传播过程中声波在喇叭形空腔4边界周围产生波形变换，使部分纵波不断转换成剪切波和其他波形，增加了对声能的损耗。当声波进入圆台形空腔5时，圆台形空腔5使入射声波产生散射，同时发生波形变换，使部分声波传播方向发生改变，增加了声波在穿孔层2内的传播距离，也增加了剪切波的成分，从而更有效地把入射波的能量损耗掉。
[0009]基层3由与水下航行器壳体表面声阻抗相近的材料制成，使声波能量进一步耗散的同时，增大声波向水下航行器壳体表面的穿透量，减少声波的反射。
[0010]本发明的依据是为缩短敌方声纳的作用距离，提高水下航行器的隐蔽性和安全性，敌方声纳探测声波应尽可能全部投射进消声瓦并在消声瓦内衰减掉，尽可能减少反射声波。本发明一方面通过选用声阻抗尽可能接近于水的橡胶材料制作表层I，增大入射声波量;另一方面，通过含有组合空腔结构，由聚氨酯双层复合泡沫吸声材料制成的穿孔层2，增大纵向声波转换为剪切波量和传播距离，从而增大声波能量的损耗，并通过复合材料提升低频段吸声效果;再者，通过选用与水下航行器壳体声阻抗相匹配的材料制作消声瓦基层3，进一步减少声波的反射量。
[0011]该发明能够在保持现有单一橡胶材料或多层材料圆柱形或圆锥形空腔结构消声瓦中高频带吸声性能的情况下，提高低频吸声性能从而实现更宽频段的高效吸声。
[0012]与现有技术比，本发明的有益效果如下:
[0013]表层I采用透声聚氨酯弹性体并在其表面涂敷一层防水层，使表层具有较好的透声防水性。
[0014]穿孔层2采用聚氨酯双层复合泡沫吸声材料，通过硬质和软质层的组合提高消声瓦的低频吸声性能，拓宽了吸声频带。
[0015]基层3采用声阻抗较大且与水下航行器壳体表面阻抗相匹配的材料，进一步增强声波能量的消耗以及减少声波的反射强度，缩短敌方主动声纳的探测距离。
[0016]穿孔层2中采用组合空腔结构，圆台形空腔具有比较好的承压能力，在橡胶材料中单纯增加空腔直径会使承压能力大幅度下降，而采用此种结构不会因为单纯增加空腔直径影响其承压性能。与圆柱形或圆锥形空腔结构相比，该组合空腔结构体积更大，空腔体积的增大有利于谐振频率向低频拓展，从而提升消声瓦的低频吸声性能;另一方面，与圆台空腔相通的喇叭形空腔组成回路谐振结构，进一步拓宽了消声瓦的吸声带宽。
[0017]本发明所需的材料以及工艺均较为成熟，通过粘合一体冷压成型能够有效降低成本，减少工程应用的复杂性。
【附图说明】
[0018]图1多层材料组合空腔结构消声瓦一个单元主剖视图
[0019]图2多层材料组合空腔结构消声瓦一个单元左剖视图
[0020]图3多层材料组合空腔结构消声瓦空腔结构立体图[0021 ]图4多层材料组合空腔结构消声瓦俯视图
[0022]图中各标号表示为:1_消声瓦表层;2-消声瓦穿孔层;3-消声瓦基层;4-喇叭形空腔;5-圆台形空腔。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图及【具体实施方式】对发明作进一步介绍:
[0024]如图1、图2，图3，图4所示，一种多层材料组合空腔消声瓦，包括表层1，穿孔层2，基层3。其中，表层I与介质水接触，所述表层I采用透声聚氨酯弹性体，当声波入射进来时由于透声聚氨酯弹性体的声阻抗与水的声阻抗相匹配，使得敌方主动声纳声波能够最大限度入射进去，减少声波的反射。所述穿孔层2采用聚氨酯双层复合泡沫吸声材料，入射进来的声波通过组合空腔和聚氨酯双层复合泡沫吸声材料的波形转换和能量耗散，将声波能量转换为热能耗散掉。所述基层3采用阻抗更大且与水下航行器壳体阻抗相匹配的丁基橡胶，增加对声波能量地耗散，减少反射能量。
[0025]用于水下航行器的消声瓦，其中消声瓦的表层I采用透声聚氨酯弹性体，厚度为5mm，密度P=1070kg/m3，声速1520m/s(海水声速1570m/s)，声衰减常数为0.03dB/cm，穿孔层2采用聚氨酯双层复合泡沫吸声材料，穿孔层2中喇叭形空腔的穿孔率是1.5%，圆台空腔5的穿孔率为10.5%，穿孔层2厚度为40mm，组合空腔中喇叭形空腔的长度为30mm，圆台空腔的长度是1mm;基层3采用优化改良的丁基橡胶，密度为P= 1230kg/m3，损耗系数n = 0.6，泊松比V = 0.49，基层厚度为5mm。消声瓦的整体厚度为50mm。三层橡胶材料通过粘合剂依次粘合再一体冷压成型。
[0026]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种多层材料组合空腔消声瓦，包括表层(I)，穿孔层(2)，基层(3)，表层(I)与水介质相接触，基层(3)与水下航行器壳体表面相贴合，穿孔层(2)在表层(I)和基层(3)之间，其特征在于:穿孔层(2)具有组合空腔，组合空腔由喇叭形空腔(4)和圆台形空腔(5)组成，圆台形空腔(5)下底面位于基层(3)侧，喇叭形空腔(4)位于圆台形空腔(5)的上顶面。2.根据权利要求1所述的多层材料组合空腔消声瓦，其特征在于每个圆台形空腔(5)上有2至6个喇叭形空腔(4)。3.根据权利要求1或2所述的多层材料组合空腔消声瓦，其特征在于所述喇叭形空腔(4)的穿孔率为I%?2 %，喇叭形空腔(4)的长度占组合形空腔总长度的3/4。4.根据权利要求1或2所述的多层材料组合空腔消声瓦，其特征在于所述圆台形空腔(5)的穿孔率为10%?20%，圆台形空腔(4)的长度占组合形空腔总长度的1/4。5.根据权利要求4所述的多层材料组合空腔消声瓦，其特征在于:表层(I)由透声聚氨酯弹性体制成，穿孔层(2)由聚氨酯双层复合泡沫吸声材料制成，基层(3)由与水下航行器壳体阻抗相匹配的丁基橡胶制成。6.根据权利要求5所述的多层材料组合空腔消声瓦，其特征在于:所述表层(I)，穿孔层(2)，基层(3)通过粘合剂依次粘合而成，并经过一体冷压成型。
【专利摘要】本发明涉及一种多层材料组合空腔消声瓦，由表层，穿孔层和基层组成，由圆台形空腔和喇叭形空腔组成的混合形空腔结构，成阵列地布置在穿孔层中，圆台形空腔的穿孔率为10％～20％，喇叭形空腔的穿孔率为1％～2％，每个混合形空腔结构由一个圆台形空腔和2～6个喇叭形空腔结构组成。其中表层由透声聚氨酯弹性体制成，穿孔层由聚氨酯双层复合泡沫吸声材料制成，基层由与水下航行器壳体阻抗相匹配的丁基橡胶制成，三层结构通过粘合剂依次粘合而成，并经过一体冷压成型。
【IPC分类】B63G8/39, G10K11/16, G10K11/168
【公开号】CN105620697
【申请号】CN201610054911
【发明人】楼京俊, 杨庆超, 刘国强, 李爽, 刘树勇
【申请人】中国人民解放军海军工程大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2016年1月22日