用于水下航行器表面的声学覆盖层结构及其制备方法与流程

本发明涉及水下减振降噪，尤其是一种用于水下航行器表面的声学覆盖层结构及其制备方法。

背景技术：

1、在水下航行器表面敷设声学覆盖层能够同时抑制艇体回波和振声响应，是调控航行器声隐身性能的一种重要手段。随着声纳探测技术的不断发展，可根据回波信号的特征进行目标识别和定位的主动声纳探测水平不断提高，探测距离越来越远，探测频段逐渐向低频拓展。声学覆盖层向着低宽频吸声以及轻质耐压的研究方向发展，以满足水下航行器的声学技术需求。

2、目前，使用的声学覆盖层主要以含有声学空腔的粘弹性材料为主，面临着低频吸声能力不佳以及高静水压下吸声变差的问题。而目前的声子晶体等超材料结构，吸声频率范围较窄，仅在共振频率附近，当利用厚背衬的质量效应可达到几百赫兹左右，但其适用性受背衬影响较大，当缺乏厚背衬时低频吸声性能不佳，难以达到水下航行器的声学技术要求。随着水下航行器极限下潜深度的不断提升和声纳探测技术的不断发展，对水下声学覆盖层的耐压和吸声性能提出了新挑战。兼顾低频宽带吸声与耐压性能一直是该领域研究的关键和难点问题。

3、为此，设计一种用于水下航行器表面的声学覆盖层结构，来改善传统声学覆盖层低频宽带吸声与轻质耐压性能是难以兼顾的技术问题。

技术实现思路

1、本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种用于水下航行器表面的声学覆盖层结构及其制备方法，从而满足水下声学覆盖层兼顾低频宽带吸声与轻质耐压性能。

2、本发明所采用的技术方案如下：一种用于水下航行器表面的声学覆盖层结构，在水下航行器表面的外表面上敷设声学覆盖层结构；所述声学覆盖层结构包括碳纤维骨架结构，在碳纤维骨架结构内浇筑高分子阻尼材料并安装多碳管铰链结构；所述碳纤维骨架结构的结构为：包括碳纤维板，所述碳纤维板作为平板基地，在碳纤维板上以正交组合排布碳纤维支撑板，形成格栅状的骨架结构。

3、作为上述技术方案的进一步改进：

4、优选的，所述多碳管铰链结构的结构为：包括碳纤维管，在碳纤维管的内部以空腔与内填充高分子阻尼材料间隔布置的形式设置填充；还包括硅橡胶包覆层，在硅橡胶包覆层中嵌入局域振子，并且将碳纤维管依次贯穿硅橡胶包覆层和局域振子。

5、优选的，所述碳纤维管有四组，四组碳纤维管通过聚氨酯销钉相接形成四边形状态的铰链结构。

6、优选的，所述局域振子是中空的柱形振子结构。

7、一种用于水下航行器表面的声学覆盖层结构的制备方法，包括以下步骤：

8、步骤一：制备多碳管铰链结构；

9、步骤二：制备碳纤维骨架结构；

10、步骤三：在碳纤维骨架结构内部浇筑高分子阻尼材料，并安装多碳管铰链结构；

11、步骤四：再次在碳纤维骨架结构内部浇筑高分子阻尼材料，浇筑至与碳纤维骨架结构的栅格高度平齐，待高分子阻尼材料固化后将表面打磨至平整光滑。

12、优选的，所述步骤一种制备多碳管铰链结构的具体过程如下：首先，在碳纤维管的内部设置内填充高分子阻尼材料，填充形式是以空腔与内填充高分子阻尼材料间隔布置的形式设置填充；同时，将局域振子嵌入硅橡胶包覆层中，局域振子为中空的柱形振子结构，形成柱形振子-包覆层结构；然后，将内部嵌有内填充高分子阻尼材料的碳纤维管贯穿柱形振子-包覆层结构；循环步骤，形成四组碳纤维管，四组碳纤维管通过聚氨酯销钉相接，制备完成多碳管铰链结构。

13、优选的，所述步骤二中制备碳纤维骨架结构的具体过程如下：首先，以碳纤维板作为基底；接着，将多个碳纤维支撑板正交组合；然后，将正交组合后的多个碳纤维支撑板与碳纤维板粘接，形成格栅状的碳纤维骨架结构；所述步骤三中在碳纤维骨架结构内部浇筑高分子阻尼材料时先将高分子阻尼材料浇筑至栅格高度的1/3，然后等待高分子阻尼材料固化后将多碳管铰链结构安装在固化的高分子阻尼材料表面。

14、优选的，所述步骤四中再次在碳纤维骨架结构内部浇筑高分子阻尼材料时，是在碳纤维骨架结构内部的剩余空间内灌注高分子阻尼材料。

15、本发明的有益效果如下：

16、本发明结构合理，制备方便，通过声波从碳纤维板的一侧入射，由于碳纤维板的声阻抗与水介质的声阻抗非常接近，声波更容易进入到声学覆盖层内部，不在表面发生反射；高分子阻尼材料内部纳米粒子填料的界面能量耗散，可以将声能转化为热能耗散；同时，碳纤维板及碳纤维支撑板的质量轻且强度高，并且高分子阻尼材料的密度与水相近，因此覆盖层结构具备轻质耐高压的性能。

17、本发明还具有以下优点：

18、(1)碳纤维管内设置有空腔结构，可以进一步多碳管铰链结构体的密度，增强整体吸声结构的力学稳定性，同时加强声散射、助于形成亥姆霍兹共振腔结构，增强覆盖层结构对声波的耗散效应；

19、(2)贯穿在多碳管铰链结构表面的局域共振，由于质量块的局域共振效应可以实现对低频声波的有效调控，从而改善覆盖层结构对低频声波的吸收；组成多碳管铰链结构的碳纤维管的管径和长度可以不同，可以增大覆盖层结构的局域共振模态密度，实现对多频点声波的调控，从而达到宽频吸声的效果；

20、(3)高分子阻尼材料成型简单方便，结构与功能可调，制备的高分子阻尼材料与碳纤维结构多模态耦合共振，解决高耐压低频、中高频声波传播损耗，结合艇体结构非局域声学结构设计，可以满足“低频、宽带吸声、超潜深”的水下航行器声学性能需求。

技术特征：

1.一种用于水下航行器表面的声学覆盖层结构，其特征在于：在水下航行器表面(6)的外表面上敷设声学覆盖层结构；

2.如权利要求1所述的用于水下航行器表面的声学覆盖层结构，其特征在于：所述多碳管铰链结构(3)的结构为：

3.如权利要求2所述的用于水下航行器表面的声学覆盖层结构，其特征在于：所述碳纤维管(301)有四组，四组碳纤维管(301)通过聚氨酯销钉(302)相接形成四边形状态的铰链结构。

4.如权利要求2所述的用于水下航行器表面的声学覆盖层结构，其特征在于：所述局域振子(5)是中空的柱形振子结构。

5.一种用于水下航行器表面的声学覆盖层结构的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

6.如权利要求5所述的用于水下航行器表面的声学覆盖层结构的制备方法，其特征在于：所述步骤一种制备多碳管铰链结构(3)的具体过程如下：

7.如权利要求5所述的用于水下航行器表面的声学覆盖层结构的制备方法，其特征在于：所述步骤二中制备碳纤维骨架结构的具体过程如下：

8.如权利要求5所述的用于水下航行器表面的声学覆盖层结构的制备方法，其特征在于：所述步骤三中在碳纤维骨架结构内部浇筑高分子阻尼材料(4)时先将高分子阻尼材料(4)浇筑至栅格高度的1/3，然后等待高分子阻尼材料(4)固化后将多碳管铰链结构(3)安装在固化的高分子阻尼材料(4)表面。

9.如权利要求5所述的用于水下航行器表面的声学覆盖层结构的制备方法，其特征在于：所述步骤四中再次在碳纤维骨架结构内部浇筑高分子阻尼材料(4)时，是在碳纤维骨架结构内部的剩余空间内灌注高分子阻尼材料(4)。

技术总结本发明涉及一种用于水下航行器表面的声学覆盖层结构及其制备方法，属于水下减振降噪的技术领域。它在水下航行器表面的外表面上敷设声学覆盖层结构；所述声学覆盖层结构包括碳纤维骨架结构，在碳纤维骨架结构内浇筑高分子阻尼材料并安装多碳管铰链结构；所述碳纤维骨架结构的结构为：包括碳纤维板，所述碳纤维板作为平板基地，在碳纤维板上以正交组合排布碳纤维支撑板，形成格栅状的骨架结构。本发明能够满足水下声学覆盖层兼顾低频宽带吸声与轻质耐压性能。技术研发人员：李东升,师康康,胡东森,余晓丽,裴雨晴,马琳受保护的技术使用者：中国船舶科学研究中心技术研发日：技术公布日：2024/5/10