基于空腔与谐振体耦合的水下吸声覆盖层

本发明涉及水下吸声材料设计，具体涉及一种基于空腔与谐振体耦合的水下吸声覆盖层。

背景技术：

1、附着在水下航行器上的吸声涂层可以最大限度地减少声辐射，逃避超前探测。随着大功率拖曳式声呐的发展，水下探测频率的下限已扩展到数百赫兹。因此，低频宽带水下吸声覆盖层对于水下航行器的声隐身性能至关重要。在最初的研究中，大部分研究者采用空腔共振结构，小尺寸结构调节难以高效实现低频的完美吸声。后续研究者提出了基于局域谐振声子晶体和亥姆霍兹谐振器的超材料，小尺寸低频吸声得以较好实现，然而局域共振意味着较窄的吸声带宽，更不用说众多研究甚至并未达到水下吸声覆盖层所要求的标准(吸声系数>0.8)。

2、现有技术中仍然存在以下问题：

3、1.低频吸声，随着水下声纳探测频率的降低，现有水下吸声覆盖层很难做到亚千赫兹的有效吸声。

4、2.宽频吸声，声纳探测的频率范围通常有几十千赫兹，较窄频段的有效吸声无法躲避声纳探测。

5、3.高压吸声，水下作业可能需要潜入水底深处，此时水下吸声覆盖层所需要承受的水压较大，为了有较为稳定的吸声性能，水下吸声覆盖层需要有较高的承压能力。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于空腔与谐振体耦合的水下吸声覆盖层。本发明能够同时实现低频吸声及宽频吸声，还具有较高的水下承压能力。

2、一种基于空腔与谐振体耦合的水下吸声覆盖层，所述水下吸声覆盖层由多个吸声胞元周期性连续排列而成；所述吸声胞元包括背板、和交替层叠布置于所述背板上方的多个谐振体和空腔、以及设置于所述背板上方并将所述谐振体和所述空腔全部包裹的粘弹性基体，相邻的两个所述谐振体和所述空腔之间直接接触，所述背板顶面与所述空腔和所述粘弹性基体直接接触。

3、优选地，所述粘弹性基体的材质为包括橡胶、聚氨酯在内的粘弹性材料或者以粘弹性材料为基体的复合材料。

4、优选地，所述粘弹性基体选用丁基橡胶。

5、优选地，所述谐振体和所述空腔同轴布置，且所述谐振体在平面上的投影能够完全覆盖所述空腔。

6、优选地，所述空腔和所述谐振体的形状均为圆柱形。

7、优选地，所述空腔和所述谐振体的高度可以在所述吸声胞元高度允许的情况下任意变化。

8、优选地，所述谐振体和所述背板的材质均采用刚性金属材质。

9、优选地，所述空腔内部填充有空气。

10、优选地，所述吸声胞元的形状均为正六棱柱形。

11、优选地，所述水下吸声覆盖层在低频和宽频段内的吸声系数均超过0.8。

12、优选地，所述水下吸声覆盖层在3mpa的水压作用下的体积压缩率仅为2.5％。

13、本发明有益效果如下：

14、1、基于局域共振原理，相较于单一地在粘弹性基体中插入谐振体，谐振体与空腔的交替插入使得谐振体更容易地被激起共振，此外空腔的非线性振动也有利于结构吸声，这使得本发明具有优秀的低频吸声能力。

15、2、由于单个谐振体的共振频率较窄，本发明采用多个谐振体与空腔交替嵌入，使得本发明具有优秀的宽频吸声能力。

16、3、粘弹性基体材料例如橡胶，聚氨酯等通常被认为不可压缩材料。在受到水压作用时，带有空腔的吸声胞元的体积变化主要是由空腔顶部和侧方的坍缩引起的。本发明使用谐振体与空腔交替插入。谐振体位于空腔上部，空腔顶部则无法被压缩；谐振体支撑住空腔侧方，空腔侧方同样难以向内收缩。在水压作用下，粘弹性体与谐振体体积基本不变，由于谐振体的支撑，空腔体积也难以变化，使得本发明具有较高的承载能力。

17、4、本发明吸声胞元中所有部分沿中心对称，结构简单，利于生产加工。

技术特征：

1.一种基于空腔与谐振体耦合的水下吸声覆盖层，其特征在于，所述水下吸声覆盖层(1)由多个吸声胞元(11)周期性连续排列而成；所述吸声胞元(11)包括背板(114)、和交替层叠布置于所述背板(114)上方的多个谐振体(112)和空腔(113)、以及设置于所述背板(114)上方并将所述谐振体(112)和所述空腔(113)全部包裹的粘弹性基体(111)，相邻的两个所述谐振体(112)和所述空腔(113)之间直接接触，所述背板(114)顶面与所述空腔(113)和所述粘弹性基体(111)底面直接接触。

2.根据权利要求1所述的基于空腔与谐振体耦合的水下吸声覆盖层，其特征在于：所述粘弹性基体(111)的材质为包括橡胶、聚氨酯在内的粘弹性材料或者以粘弹性材料为基体的复合材料。

3.根据权利要求2所述的基于空腔与谐振体耦合的水下吸声覆盖层，其特征在于：所述粘弹性基体(111)选用丁基橡胶。

4.根据权利要求1所述的基于空腔与谐振体耦合的水下吸声覆盖层，其特征在于：所述谐振体(112)和所述空腔(113)同轴布置，且所述谐振体(112)在平面上的投影能够完全覆盖所述空腔(113)。

5.根据权利要求1所述的基于空腔与谐振体耦合的水下吸声覆盖层，其特征在于：所述空腔(113)和所述谐振体(112)的形状均为圆柱形。

6.根据权利要求1所述的基于空腔与谐振体耦合的水下吸声覆盖层，其特征在于：所述空腔(113)和所述谐振体(112)的高度可以在所述吸声胞元(11)高度允许的情况下任意变化。

7.根据权利要求1所述的基于空腔与谐振体耦合的水下吸声覆盖层，其特征在于：所述谐振体(112)和所述背板(114)的材质均采用刚性金属材质。

8.根据权利要求1所述的基于空腔与谐振体耦合的水下吸声覆盖层，其特征在于：所述空腔(113)内部填充有空气。

9.根据权利要求1所述的基于空腔与谐振体耦合的水下吸声覆盖层，其特征在于，所述吸声胞元(11)中的部件之间采用粘接、浸塑、注模成型中的一种或多种连接。

10.根据权利要求1所述的基于空腔与谐振体耦合的水下吸声覆盖层，其特征在于：所述水下吸声覆盖层(1)在低频和宽频段内的吸声系数均超过0.8。

技术总结本发明公开一种基于空腔与谐振体耦合的水下吸声覆盖层，所述水下吸声覆盖层由多个吸声胞元周期性连续排列而成；所述吸声胞元包括背板、和交替层叠布置于所述背板上方的多个谐振体和空腔、以及设置于所述背板上方并将所述谐振体和所述空腔全部包裹的粘弹性基体，相邻的两个所述谐振体和所述空腔之间直接接触，所述背板顶面与所述空腔和所述粘弹性基体直接接触。本发明能够同时实现低频吸声及宽频吸声，还具有较高的水下承压能力。技术研发人员：胡锦顺,林永水受保护的技术使用者：武汉理工大学技术研发日：技术公布日：2024/5/10