一种水下大尺度主动降噪单元阵列及水下设备

本发明涉及水下噪声控制，特别是涉及一种水下大尺度主动降噪单元阵列及水下设备。

背景技术：

1、水下航行器具有机动性高等诸多优势，在海洋中很难凭借肉眼发现其存在，而电磁波等信号在水中传播损耗较大，无法实现远距离探测，导致许多在空气中常用的探测手段无法应用于水下。

2、声波抗干扰能力强，对障碍物敏感，精确度高，同时在水中的传播速度远高于空气，能在较短的时间内探测到物体且将回波信号传递给接收站，已经成为水下探测目标最主要的手段。

3、水下常见的探测装置为声纳。与之相对的，为防止被声纳等探测仪器发现，水下航行器常使用各种消声材料来抑制自身的声辐射特性，并以此来降低声纳的探测概率和距离。

4、消声材料按照工作原理可分为被动消声材料、半主动消声材料、主动消声材料等。目前水下航行器常采用被动消声材料来实现声纳回波的吸收，通过在材料中留有声学空腔，利用声学空腔通过亥姆霍兹效应产生局部共振，将大部分的声波能量转换为空腔的谐振能量，从而达到降噪的效果。

5、在现代主动声纳的低频化探测发展趋势下，尤其是对于2khz以下的低频声波，在不超过70mm的厚度范围内对米级大波长的主动声波实现抑制，传统被动消声材料仅仅依靠材料更新和结构演化，已经很难满足水下航行器的“静音”需求。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种水下大尺度主动降噪单元阵列及水下设备，能够使水下设备在低频范围内实现良好的主动降噪效果。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种水下大尺度主动降噪单元阵列，包括：

3、橡胶板，其设置于水下设备的表面；

4、多个主动降噪单元，多个所述主动降噪单元之间形成降噪阵列，多个所述主动降噪单元均设置于所述橡胶板的一侧；

5、所述主动降噪单元，用于接收由主动回波抑制系统检测并分离出的声纳探测信号，并输出与所述声纳探测信号反向同频率的声波，以对所述声纳探测信号进行相干抵消。

6、在本发明的一实施例中，多个所述主动降噪单元的结构相同。

7、在本发明的一实施例中，多个所述主动降噪单元为从所述橡胶板的表面深入于所述橡胶板的内部形成的圆柱曲面结构。

8、在本发明的一实施例中，多个主动降噪单元均匀的设置于所述橡胶板的一侧，且任意两个所述主动降噪单元之间的间距为245mm～255mm。

9、在本发明的一实施例中，所述橡胶板的长为0.5m～1.5m，所述橡胶板的宽为0.5m～1.5m，所述橡胶板的厚度为45mm～55mm。

10、在本发明的一实施例中，所述主动降噪单元的厚度为35mm～45mm，所述主动降噪单元的截面的直径为165mm～175mm。

11、在本发明的一实施例中，所述主动降噪单元为圆柱曲面布局，曲率半径为6.0m～7m。

12、在本发明的一实施例中，每个所述主动降噪单元输出的声波频率相同、相位相同、方向角一致。

13、在本发明的一实施例中，所述降噪阵列形成声场，所述声场中某一点的声压为其中，ai与声源和介质有关，ri为该点到第i个主动降噪单元的距离；ω为频率；λ为ω频率下的波长。

14、本发明还提供一种水下设备，包括安装于所述水下设备的水下大尺度主动降噪单元阵列，所述水下大尺度主动降噪单元阵列包括：

15、橡胶板，其设置于水下设备的表面；

16、多个主动降噪单元，多个所述主动降噪单元之间形成降噪阵列，多个所述主动降噪单元均设置于所述橡胶板的一侧；

17、所述主动降噪单元，用于接收由主动回波抑制系统检测并分离出的声纳探测信号，并输出与所述声纳探测信号反向同频率的声波，以对所述声纳探测信号进行相干抵消。

18、如上所述，本发明的一种水下大尺度主动降噪单元阵列及水下设备，具有以下有益效果：

19、(1)本发明的水下大尺度主动降噪单元阵列包括橡胶板设置于水下设备的表面，多个所述主动降噪单元之间形成降噪阵列，多个所述主动降噪单元均设置于所述橡胶板的一侧，所述主动降噪单元用于接收由主动回波抑制系统检测并分离出的声纳探测信号，并输出与所述声纳探测信号反向同频率的声波，以对所述声纳探测信号进行相干抵消。本发明通过阵列的方式有效提升了主动降噪单元的声辐射功率。

20、(2)本发明的水下大尺度主动降噪单元阵列的阵列布局在低频下声纳探测声波传输衰减的声压级大于10db甚至20db。在1500hz下的声场云图体现出良好的降噪作用，即使频率低至800hz，也有较高的实质性的控制效果。

21、(3)本发明的水下大尺度主动降噪单元阵列通过阵列式应用主动降噪单元，本发明可克服传统被动消声材料只能对中高频声波进行消除的缺陷。对于低频的探测声波，本发明也可通过相干抵消的策略来产生同频反相的声波，并对探测声波进行抑制。

22、(4)本发明的水下大尺度主动降噪单元阵列通过曲面的设计，使本阵列能更好的应用于水下航行器的表面。

技术特征：

1.一种水下大尺度主动降噪单元阵列，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种水下大尺度主动降噪单元阵列，其特征在于：多个所述主动降噪单元(2)的结构相同。

3.根据权利要求2所述的一种水下大尺度主动降噪单元阵列，其特征在于：多个所述主动降噪单元(2)为从所述橡胶板(1)的表面深入于所述橡胶板(1)的内部形成的圆柱曲面结构。

4.根据权利要求1所述的一种水下大尺度主动降噪单元阵列，其特征在于：多个主动降噪单元(2)均匀的设置于所述橡胶板(1)的一侧，且任意两个所述主动降噪单元(2)之间的间距为245mm～255mm。

5.根据权利要求1所述的一种水下大尺度主动降噪单元阵列，其特征在于：所述橡胶板(1)的长为0.5m～1.5m，所述橡胶板(1)的宽为0.5m～1.5m，所述橡胶板(1)的厚度为45mm～55mm。

6.根据权利要求1所述的一种水下大尺度主动降噪单元阵列，其特征在于：所述主动降噪单元(2)的厚度为35mm～45mm，所述主动降噪单元(2)的截面的直径为165mm～175mm。

7.根据权利要求1～6任意一项所述的一种水下大尺度主动降噪单元阵列，其特征在于：所述主动降噪单元(2)为圆柱曲面布局，曲率半径为6.0m～7m。

8.根据权利要求1～6任意一项所述的一种水下大尺度主动降噪单元阵列，其特征在于：每个所述主动降噪单元(2)输出的声波频率相同、相位相同、方向角一致。

9.根据权利要求1～6任意一项所述的一种水下大尺度主动降噪单元阵列，其特征在于：所述降噪阵列形成声场，所述声场中某一点的声压为其中，ai与声源和介质有关，ri为该点到第i个主动降噪单元(2)的距离；ω为频率；λ为ω频率下的波长。

10.一种水下设备，其特征在于，包括安装于所述水下设备的水下大尺度主动降噪单元阵列，所述水下大尺度主动降噪单元阵列包括：

技术总结本发明涉及水下噪声控制技术领域，特别是涉及一种水下大尺度主动降噪单元阵列及水下设备。包括：橡胶板，其设置于水下设备的表面；多个主动降噪单元，多个主动降噪单元之间形成降噪阵列，多个主动降噪单元均设置于所述橡胶板的一侧；所述主动降噪单元，用于接收由主动回波抑制系统检测并分离出的声纳探测信号，并输出与所述声纳探测信号反向同频率的声波，以对所述声纳探测信号进行相干抵消。本发明通过阵列的方式有效提升了主动降噪单元的声辐射功率。本发明的水下大尺度主动降噪单元阵列的阵列布局在低频下声纳探测声波传输衰减的声压级大于10dB甚至20dB。在1500Hz下的声场云图体现出良好的降噪作用，即使频率低至800Hz，也有较高的实质性的控制效果。技术研发人员：王文杰,杨龙,唐杰,李濠君,向粤,赵旭受保护的技术使用者：北京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/1/15