一种内嵌圆柱空腔阵列的低频宽带吸声覆盖层的制作方法

本发明涉及一种低频宽带吸声覆盖层，特别是一种内嵌圆柱空腔阵列的低频宽带吸声覆盖层。

背景技术：

吸声覆盖层主要用于覆盖在水下航行器壳体上，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，达到减小主动声纳探测距离的目的。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。但是，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。

现有解决方法包括：(1)基于变截面波导声传播理论模型带有喇叭形声腔的梯度变化声学结构(白国锋.水下消声覆盖层吸声机理研究.哈尔滨工程大学,2003)。该结构内嵌周期性排列的喇叭形声腔，声腔的轴线与垂直入射的声波平行，变化的截面使阻抗呈连续增大变化。结果表明阻抗梯度变化结构能有效降低声波在吸声结构表面处的反射，提高结构整体的吸声效率，但缺点是有效吸声频段在中高频，低频吸声系数较小。(2)采用横向排列的周期性圆柱空腔(sharmags,skvortsova,macgillivrayi,kessissogloun.acousticperformanceofgratingsofcylindricalvoidsinasoftelasticmediumwithasteelbacking.j.acoust.soc.am.2017,141(6):4694-704.)。该结构是一种在pdms硅橡胶中内嵌单层圆柱空腔阵列吸声结构，圆柱空腔的轴线垂直于入射声波的方向。该结构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，但频带宽度很窄。

技术实现要素：

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种能够有效展宽低频吸声频率宽度，提高低频声吸收性能的内嵌圆柱空腔阵列的低频宽带吸声覆盖层。

为解决上述技术问题，本发明一种内嵌圆柱空腔阵列的低频宽带吸声覆盖层，包括封口层、吸声层和基层，吸声层内嵌有第一层圆柱空腔阵列、第二层圆柱空腔阵列和第三层圆柱空腔阵列；第一层圆柱空腔阵列、第二层圆柱空腔阵列和第三层圆柱空腔阵列两端设置有封口层。

本发明还包括：

1.第一层圆柱空腔阵列、第二层圆柱空腔阵列和第三层圆柱空腔阵列相互平行；第一层圆柱空腔阵列与第二层圆柱空腔阵列的净距为d1，第二层圆柱空腔阵列与第三层圆柱空腔阵列的净距为d2，第三层圆柱空腔阵列与基层的净距为d3，d1＞d2＞d3。

2.d1＝70mm，d2＝20mm，d3＝10mm。

3.构成每个圆柱空腔阵列的空腔的半径相等，第一层圆柱空腔阵列的空腔半径、第二层圆柱空腔阵列的空腔半径和第三层圆柱空腔阵列的空腔半径逐渐增大；第一层圆柱空腔阵列、第二层圆柱空腔阵列和第三层圆柱空腔阵列的空腔长度相等。

4.第一层圆柱空腔阵列的空腔半径为1.5mm，第二层圆柱空腔阵列的空腔半径为3.5mm，第三层圆柱空腔阵列的空腔半径为5.5mm。

5.吸声层的厚度为150mm。

6.每个圆柱空腔阵列中的空腔均为等间距分布。

7.第一层圆柱空腔阵列中两相邻空腔的圆心距离为40mm，第二层圆柱空腔阵列中两相邻空腔的圆心距离为40mm，第三层圆柱空腔阵列中两相邻空腔的圆心距离为40mm。

8.封口层和吸声层均采用pdms聚二甲基硅氧烷硅橡胶制作，基层采用钢材料制作。

9.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。

本发明有益效果：

本发明可以通过较小的尺寸得到低频宽带的吸声性能，适用于低频减振降噪方面的应用，可以获得较好的低频宽带声吸收效果。本发明具有结构简单，制作工艺简单，可设计性强的特点。本发明克服了采用单一材料带来的低频吸声性能欠佳问题；圆柱空腔的半径和间距采用梯度变化设计能够有效增加吸声频带宽度，适用于低频宽带减振降噪方面的应用。

附图说明

图1为本发明吸声覆盖层的结构示意图，是截取本发明吸声覆盖层的一段；

图2为本发明吸声覆盖层的俯视图；

图3为本发明吸声覆盖层的内部结构示意图；

图4为本发明吸声覆盖层实施例1的吸声系数曲线；

图5为本发明吸声覆盖层实施例2的吸声系数曲线；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图中各标号依次表示：1-封口层、2-吸声层、3-基层、4-第一层圆柱空腔阵列、5-第二层圆柱空腔阵列、6-第三层圆柱空腔阵列。

如图1、图2、和图3所示，一种内嵌圆柱空腔阵列的低频宽带吸声覆盖层，包括封口层1、吸声层2和基层3，所述吸声层2上内嵌有三层圆柱空腔阵列，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，所述基层采用钢材料制作，采用的圆柱空腔阵列的横截面形状均为圆面。每个圆柱空腔阵列上设置有封口层。选用的第一层圆柱空腔阵列4与第二层圆柱空腔阵列5的净距为70mm，第二层圆柱空腔阵列5与第三层圆柱空腔阵列6的净距为20mm，第三层圆柱空腔阵列6与基层3的净距为10mm。选用的第一层圆柱空腔阵列4的半径均为1.5mm，第二层圆柱空腔阵列5的半径均为3.5mm，第三层圆柱空腔阵列6的半径均为5.5mm，三层圆柱空腔阵列的长度相同。选用的吸声层2的厚度为150mm，每一层圆柱空腔阵列中两相邻空腔的圆心距离均为40mm。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。

实施例1

本实例的吸声覆盖层中内嵌有三层圆柱空腔阵列，其中pdms硅橡胶的密度为1000kg/m³，复杨氏模量为1.879+0.540impa，泊松比为0.4997。基层钢背衬厚度为20mm，所述钢板的密度为7890kg/m³，杨氏模量为210gpa，泊松比为0.3。将本发明内容与传统内嵌三层圆柱空腔阵列的吸声覆盖层进行对比，其中传统内嵌三层圆柱空腔阵列的吸声覆盖层中圆柱空腔的半径均为3.5mm，圆柱空腔阵列的净距均为30mm，图4为两种吸声覆盖层吸声特性对比结果。可以看出，传统圆柱空腔半径相同且均匀分布的吸声覆盖层，第二个吸收峰起始频率为600hz，截止频率为750hz，带宽为150hz，峰值为0.45。而采用本发明圆柱空腔半径和距离呈梯度变化的吸声覆盖层其吸声系数曲线出现了三个明显吸收峰，其中第二个吸收峰的峰值为0.9，峰值频率为770hz，第三个吸收峰的峰值为0.95，峰值频率为1100hz，第二个和第三个吸收峰共同形成了一个宽频吸收峰，宽频吸收峰的起始频率为650hz，截止频率为1350hz，带宽为700hz，吸声系数均大于0.6。其吸收系数和吸声频带宽度都远远大于传统圆柱空腔半径相同且均匀分布的吸声覆盖层。因此采用圆柱空腔半径和间距呈梯度变化的吸声覆盖层可以获得较好的低频宽带声吸收效果。

实施例2

本实例的吸声覆盖层中内嵌有三层圆柱空腔阵列，其中pdms硅橡胶的密度为1000kg/m³，复杨氏模量为1.879+0.540impa，泊松比为0.4997。基层钢背衬厚度为20mm，所述钢板的密度为7890kg/m³，杨氏模量为210gpa，泊松比为0.3。将本发明内容与空腔半径呈梯度变化且空腔间距相同的吸声覆盖层进行对比，其中空腔半径呈梯度变化且空腔间距相同的吸声覆盖层中圆柱空腔的半径分别为1.5mm、3.5mm和5.5mm，空腔阵列的净距均为30mm，图4为两种吸声覆盖层吸声特性对比结果。可以看出，空腔半径呈梯度变化且空腔间距相同的吸声覆盖层的吸声系数曲线存在三个吸收峰，其中第二个吸收峰起始频率为620hz，截止频率为780hz，带宽为160hz，吸声系数峰值为0.63；第三个吸收峰的起始频率为1300hz，截止频率为1700hz，带宽为400hz，吸声系数峰值为0.87。而采用本发明圆柱空腔半径和距离均呈梯度变化吸声覆盖层，第二个吸收峰的峰值为0.9，第三个吸收峰的峰值为0.95，第二个和第三个吸收峰共同形成了一个宽频吸收峰，宽频吸收峰的起始频率为650hz，截止频率为1350hz，带宽为700hz，其吸收系数和吸声频带宽度都远远大于传统圆柱空腔半径相同且均匀分布的吸声覆盖层。因此采用圆柱空腔半径和间距呈梯度变化的吸声覆盖层可以获得较好的低频宽带声吸收效果。