一种水下声隐身的梯度指数型声学覆盖结构

本发明涉及水下声隐身领域，尤其是涉及一种水下声隐身的梯度指数型声学覆盖结构。

背景技术：

1、声隐身是声学领域中重要的研究方向之一，水下声隐身通常借助于在潜艇类水下装备表面铺设一层声学覆盖结构来实现，来实现对声纳探测的隐身效果。其关键点在于声学覆盖结构的声阻抗要与水接近，从而将水下声纳信号的声能引入到覆盖层内，其次需要有较高的声能耗散作用，通过吸声效用以避免声波发生反射，从而实现水下声隐身效果。

2、公开号为cn202110301312.6的实用新型公开了一种内嵌半径梯度变化的球形空腔阵列多频带声学覆盖结构，能够对声波形成多频带多峰值吸收，但是，在实际场景下，需要声学覆盖结构具备低宽频吸声特点，以及更高的吸声稳定性。

3、因此，研发一种适用于低宽频、用于水下且具有良好吸声性能的声学覆盖结构在水下应用中是很有必要的。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的吸声稳定性低的缺陷而提供一种水下声隐身的梯度指数型声学覆盖结构。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种水下声隐身的梯度指数型声学覆盖结构，包括由多层打孔层组成的吸声材料，吸声材料的一端为吸附侧，另一端为入射侧，从吸声材料的入射侧的一层打孔层开始，各个打孔层内部的空腔直径按照梯度指数逐渐增大。

4、进一步地，吸声材料的剪切波声速cs和压缩波声速cl分别为：

5、

6、

7、式中，ρ为吸声材料的密度，μ为剪切模量，m为体积模量，λ为拉梅常数，声学覆盖结构被分为n层等厚的打孔层；

8、打孔层厚度为a，含有直径为d的圆柱形空腔层的填充系数αe定义为：

9、

10、单层打孔层的共振频率ω0为：

11、

12、单层打孔层的等效密度ρe和等效体积模量me可表示为：

13、ρe＝ρ(1-αe)

14、

15、式中ω为工作频率。得到等效密度和等效模量后的单层打孔层的等效声速ve为：

16、

17、均匀吸声材料的声阻抗为z＝ρcl，打孔层的声阻抗为ze＝ρeve。

18、进一步地，最接近吸声材料入射侧的一层打孔层为第一层打孔层，第一层打孔层的空腔半径为0，其等效声速为cl。

19、进一步地，空腔直径的大小依照等效参数法确定。

20、进一步地，从入射侧至吸附侧每一层打孔层的等效声速线性减小

21、进一步地，吸声材料的总厚度为亚波长厚度。

22、进一步地，打孔层内部空腔为圆柱形空腔。

23、进一步地，空腔互相平行。

24、进一步地，声学覆盖结构的吸声频段为1000hz-10000hz。

25、进一步地，吸声材料的声阻抗为1500000瑞利。

26、进一步地，吸声材料的材质为橡胶。

27、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

28、1)本发明通过多层打孔结构设计，按照梯度指数设计各打孔层内部的空腔大小，从而引导声波进入声学覆盖结构内部并实现声能耗散，实现高效吸声效应，从而实现水下声隐身效果，设计的声学覆盖结构具有加工难度低、结构重量小和吸声效果宽频高效的特点。

29、2)本发明的有效吸声频段在1000-10000hz内，且吸声效率较高，吸声系数平稳，克服了吸声频带窄的问题。

30、3)本发明结构为一体化设计，实际加工可以实现一体成型，几何形状平坦，不包含异质材料，结构尺寸小且轻便。

技术特征：

1.一种水下声隐身的梯度指数型声学覆盖结构，其特征在于，包括由多层打孔层组成的吸声材料，所述吸声材料的一端为吸附侧，另一端为入射侧，从所述吸声材料的入射侧的一层打孔层开始，各个打孔层内部的空腔直径按照梯度指数逐渐增大。

2.根据权利要求1所述的一种水下声隐身的梯度指数型声学覆盖结构，其特征在于，所述吸声材料的剪切波声速cs和压缩波声速cl分别为：

3.根据权利要求2所述的一种水下声隐身的梯度指数型声学覆盖结构，其特征在于，所述最接近吸声材料入射侧的一层打孔层为第一层打孔层，所述第一层打孔层的空腔半径为0，其等效声速为cl。

4.根据权利要求1所述的一种水下声隐身的梯度指数型声学覆盖结构，其特征在于，所述空腔的直径大小依照等效参数法确定，使得由入射侧至吸附侧每一层打孔层的等效声速线性减小。

5.根据权利要求1所述的一种水下声隐身的梯度指数型声学覆盖结构，其特征在于，所述吸声材料的总厚度为亚波长厚度。

6.根据权利要求1所述的一种水下声隐身的梯度指数型声学覆盖结构，其特征在于，所述打孔层内部空腔为圆柱形空腔。

7.根据权利要求1所述的一种水下声隐身的梯度指数型声学覆盖结构，其特征在于，所述空腔互相平行。

8.根据权利要求1所述的一种水下声隐身的梯度指数型声学覆盖结构，其特征在于，所述声学覆盖结构的吸声频段为1000hz-10000hz。

9.根据权利要求1所述的一种水下声隐身的梯度指数型声学覆盖结构，其特征在于，所述吸声材料的声阻抗为1500000瑞利。

10.根据权利要求1所述的一种水下声隐身的梯度指数型声学覆盖结构，其特征在于，所述吸声材料的材质为橡胶。

技术总结本发明涉及一种水下声隐身的梯度指数型声学覆盖结构，包括由多层打孔层组成的吸声材料，吸声材料的一端为吸附侧，另一端为入射侧，从吸声材料的入射侧的一层打孔层开始，各个打孔层内部的空腔直径按照梯度指数逐渐增大。与现有技术相比，本发明通过多层打孔结构设计，按照梯度指数设计各打孔层内部的空腔大小，从而引导声波进入声学覆盖结构内部并实现声能耗散，实现高效吸声效应，从而实现水下声隐身效果，设计的声学覆盖结构具有加工难度低、结构重量小和吸声效果宽频高效等优点。技术研发人员：金亚斌,潘啸受保护的技术使用者：同济大学技术研发日：技术公布日：2024/3/17