基于磁流变弹性材料的流体减阻降噪智能蒙皮结构的制作方法

本发明涉及一种智能蒙皮结构，尤其涉及一种基于磁流变弹性材料的流体减阻降噪智能蒙皮结构。

背景技术：

潜艇为一种具有续航能力强的水下航行器，各国专家学者在新型潜艇的研究方面投入巨大，小阻力、低噪音一直是其研究的重点方向。

流噪声及流激振动噪声是构成潜艇噪声的重要部分，当航速提高时噪声急剧增加，在水下航行器壳体表面敷设蒙皮是一种解决此问题的有效手段，在水下航行器表面喷涂弹性涂层或敷设一层柔性覆盖层，覆盖层的柔性效应可以抑制和吸收高速航行时湍流场的压力脉动、抑制湍流强度，从而实现对航行阻力和噪声的有效控制。此方法的成本较低且易于实现，而且减阻效果比较明显。同时，采用蒙皮技术对潜艇的航行阻力和噪声进行控制的方法相较于改动潜艇外形结构的所需工作量及成本均相对较小，因此该手段具有广阔的应用前景。

技术实现要素：

本发明的目的是为了有效实现壳体的减振及表面减阻降噪的功能而提供一种基于磁流变弹性材料的流体减阻降噪智能蒙皮结构。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于磁流变弹性材料的流体减阻降噪智能蒙皮结构，包括内表皮、外表皮以及中间层结构；中间层结构上下两端粘附有内表皮，内表皮的表面上粘附有外表皮；所述中间层结构由类浮筏微单元组成；

所述类浮筏微单元包括磁流变弹性体、导磁体和立柱；所述立柱有上下两个，左右两个导磁体通过磁流变弹性体与上下两个立柱连接，类浮筏微单元之间设置有线圈。

本发明还包括这样一些特征：

1.所述导磁体连接部位为棱柱；

2.所述棱柱为横截面是顶角90°或120°的等腰三角形；

3.所述中间层结构的边缘处还设置有连接块；

4.所述类浮筏微单元成阵列排序；

5.所述类浮筏微单元阵列排序组合为四边形或六边形；

6.所述内表皮或外表皮为光滑的薄韧性薄膜材料；

7.所述薄膜材料为聚氨酯材料或橡胶材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的智能蒙皮类浮筏微单元为具有双层弹性元件的隔振结构。阵列后各微单元的质量单元导磁体相互连接，即构成了一种类浮筏阵列形成的隔振系统。该结构能够利用两层弹性元件阻尼和中间质量的设计，控制并吸收、衰减弹性波，对于由多点、多向的湍流激励导致的流致振动及流致振动噪声具有良好的抑制作用。

2、本发明的智能蒙皮类浮筏微单元与上下两层薄韧蒙皮所构成的柔性结构能够对湍流激励做出响应，影响蒙皮表面周围的流场，抑制湍流的形成与发展，对湍流相干结构产生控制作用，从而实现流体减阻降噪功能。

3、本发明的智能蒙皮类浮筏微单元结构中，弹性元件为具有磁流变效应的磁流变弹性体材料。相较于刚度阻尼不可改变传统弹性元件，磁流变弹性体的弹性模量和损耗因子可随外加磁场强度而变化，响应迅速并具有优良可控性、可逆性及稳定性。通过改变流过线圈的电流大小，改变磁流变弹体周围磁场强度，继而调节磁流变弹体的刚度和阻尼参数，使其具有控制宽频带激励振动的能力，实现对蒙皮表面振动的半主动控制，以适应不同流速下水下水面航行器及航空器的减阻与降噪，达到减阻降噪功能智能化的目的。

4、本发明的智能蒙皮类浮筏微单元中间层结构，可由若干个智能蒙皮类浮筏微单元拼接组合为四边形、六边形等不同形式的组合单元，阵列后可适应不同水下水面航行器及航空器的各种外形表面形态或工作状态；同时，中间层结构的边缘处采用连接块将拼接处横截面补齐为与中间组合单元拼接处相同的横截面形状，使该结构模块化，以适用于大面积、复杂曲面敷设时的模块化组合拼接敷设。

附图说明

图1是本发明的三维结构示意图；

图2是图1中智能蒙皮类浮筏微单元的三维结构示意图；

图3是图1中智能蒙皮类浮筏微单元组合结构的三维结构示意图；

图4是图1中智能蒙皮材料中间层结构的二维俯视图；

图5是图1中智能蒙皮材料中间层结构的三维结构示意图；

图6是本发明的另一种智能蒙皮类浮筏微单元组合结构的三维结构示意图；

图7是本发明的另一种中间层结构的二维俯视图；

图8是本发明的另一种中间层结构的三维结构示意图；

图9是本发明工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

图中1为内表皮、2为中间层结构、3为外表皮、4为类浮筏微单元、5为导磁体、6为磁流变弹性体、7为立柱、8为线圈、9为连接块、10为湍流激励、11为水下水面航行器或航空器壳体、12为磁感线。

本发明提出了基于磁流变弹性材料的流体减阻降噪智能蒙皮结构，该蒙皮基于磁流变弹性体构建了一种智能蒙皮类浮筏微单元结构，以周期排列等形式进行排布并将光滑柔韧的外表皮粘附于其上，制成一种基于磁流变弹性材料的流体减阻降噪智能蒙皮。将蒙皮覆盖于水下水面航行器或航空器可有效实现壳体的减振及表面减阻降噪的功能。

本发明为具有减振和减阻降噪功能的基于磁流变弹性材料的智能蒙皮，包括内层蒙皮、外表皮，以及由若干智能类浮筏微单元通过阵列形式组成的中间层结构。基于磁流变弹性体构建的智能类浮筏微单元结构主要由磁流变弹性体(相当于浮筏弹性阻尼元件)、导磁体和线圈(相当于浮筏质量单元)及立柱(相当于浮筏上下平台)等构成；内、外表皮为光滑的薄韧性薄膜材料，与流体直接接触。将基于磁流变弹性体构建的类浮筏微单元结构以周期排列等形式进行排布，再将外表皮粘附于其上，制成一种基于磁流变弹性材料的流体减阻降噪智能蒙皮。

上述技术方案中，所述的智能蒙皮类浮筏微单元由导磁体及线圈(相当于浮筏质量单元)、磁流变弹性体(相当于浮筏弹性阻尼元件)、立柱(相当于浮筏上下平台)等组成，构成了具有类浮筏隔振结构的智能蒙皮类浮筏微单元。

所述的智能蒙皮类浮筏微单元结构中的弹性元件为具有磁流变效应的磁流变弹性体材料，可通过改变通电线圈的电流大小调制其的刚度和阻尼，实现对蒙皮表面振动的半主动控制，进而达到减阻降噪的目的。

所述的蒙皮结构可由若干个智能蒙皮类浮筏微单元通过拼接组合为四边形、六边形等不同形式的组合单元，阵列后可适应不同水下水面航行器及航空器的各种表面形态或工作状态。

如图1所示，本发明所述的一种基于磁流变弹性材料的减阻降噪智能蒙皮，包括内表皮1、中间层结构2以及外表皮3。内表皮1与外表皮3均由轻薄而有韧性的聚氨酯材料或者橡胶材料等制成，内表皮1敷设于水下水面航行器或航空器壳体11表面，外表皮3则与流体直接接触；中间层结构2由若干个基于磁流变弹性体构建的智能蒙皮类浮筏微单元4按照已定排列形式阵列而成；利用强力胶将中间层结构2固定于内表皮1与外表皮3之间。

如图2所示，每1个智能蒙皮类浮筏微单元4均由2个导磁体5、4个磁流变弹性体6、2个立柱7组成。导磁体5能够使通电线圈所产生的磁场集中并控制磁通的方向；将磁流变弹性体6固化或粘贴在导磁体5与立柱7之间，在智能蒙皮类浮筏微单元4中形成磁回路，则磁流变弹性体6的刚度和阻尼参数即可通过改变通电线圈电流大小的方式进行调节。同时，作为与智能蒙皮类浮筏微单元4之间的连接件，导磁体5的连接部位被加工为具有特定截面形状的棱柱，以便于单元之间的拼接。

结合图3、图4、图5，对本发明的其中一种中间层结构2的构建进行说明。智能蒙皮类浮筏微单元4中的导磁体5作为各单元的连接件，其连接部位可加工成不同横截面形状的棱柱，如图3中导磁体5连接部位加工为横截面为顶角90°的等腰三角形的棱柱，分别将四个智能蒙皮类浮筏微单元4一侧的导磁体5拼接并固连成横截面为正方形的棱柱，将线圈8缠绕于拼接处实现智能蒙皮类浮筏微单元4间的连接；按此种方式将智能蒙皮类浮筏微单元4阵列成智能蒙皮的中间层结构2，边缘处采用连接块9将拼接处横截面补齐为与中间组合单元拼接处相同的横截面形状，使该结构模块化，以适用于大面积、复杂曲面敷设时的模块化组合拼接敷设。

结合图6、图7、图8，对本发明的其中另一种中间层结构2的构建进行说明。如图6中导磁体5连接部位加工为横截面为顶角120°的等腰三角形的棱柱，分别将三个智能蒙皮类浮筏微单元4一侧的导磁体5拼接并固连成横截面为正三角形的棱柱，将线圈8缠绕于拼接处实现智能蒙皮类浮筏微单元4间的连接；同样的，将智能蒙皮类浮筏微单元4阵列，构成另一种智能蒙皮的中间层结构2。

结合图9，对本发明的工作原理进行说明。将基于磁流变弹性材料的智能蒙皮敷设于水下水面航行器或航空器壳体11的表面，当水下水面航行器或航空器在高速运动时，外表皮1与流体直接接触，其表面受到湍流激励10。

智能蒙皮的中间层结构2与内表面1、外表面3两层薄韧蒙皮所构成的柔性结构能够对湍流激励10做出响应，影响蒙皮表面周围的流场，抑制湍流的形成与发展，对湍流相干结构产生控制作用，从而实现流体减阻降噪功能。

湍流激励10以多点振动的形式传递至与外表皮相接触的若干立柱7，导磁体5、磁流变弹性体6及立柱7构成了双层隔振结构能够对特定较频带下的弹性波进行有效的吸收与衰减；若干线圈8通电后，形成了如图8所示的磁路，磁场经由导磁体5穿过磁流变弹性体6；通过改变流过线圈8的电流大小，改变磁流变弹体6周围磁场强度，继而调节磁流变弹体6的刚度和阻尼参数，使其具有控制宽频带激励振动的能力，实现对蒙皮表面振动的半主动控制，以适应不同流速下水下水面航行器或航空器壳体的流致振动噪声的有效降低。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，本发明的实施方式并不局限于上述说明，只要是围绕本发明的核心内容，在其基础之上进行一些简单的修改或替换都应视为本发明的保护范围。

综上所述：提出一种基于磁流变弹性材料的类浮筏减阻降噪智能蒙皮结构，适用于实现水下水面航行器及航空器的流体减阻降噪功能。本发明包括内表皮、外表皮以及由若干智能蒙皮类浮筏微单元通过阵列形式组成的中间层结构。基于磁流变弹性体构建的智能蒙皮类浮筏微单元结构主要由磁流变弹性体、导磁体、线圈及立柱等构成；外表皮为光滑的薄韧性薄膜材料，与流体直接接触。将基于磁流变弹性体构建的智能蒙皮类浮筏微单元以周期排列等形式进行排布，再将内外表皮粘附于其上，制成一种基于磁流变弹性材料的减阻降噪智能蒙皮。通过改变流过线圈的电流大小，改变磁流变弹体周围磁场强度，继而调节磁流变弹体的刚度和阻尼参数，使其具有控制宽频带激励振动的能力，实现对蒙皮表面振动的半主动控制，以适应不同流速航速下水下水面航行器与航空器的减阻与降噪，达到减阻降噪功能智能化的目的。