一种基于声学黑洞原理的耐压水下航行器壳体

本发明属于水下装备的振动噪声控制，具体为一种基于声学黑洞原理的耐压水下航行器壳体。

背景技术：

1、随着水下航行器动力性能的提高，振动噪声问题也逐渐凸显。水下航行器的振动噪声包括内部设备运行噪声、高速运行产生的水动力噪声以及操舵系统的振动辐射噪声。噪声通过水介质传播，利用水中传播的声波可以用于目标探测，另一方面自身噪声也易被敌方发现而暴露。因此有必要对水下声源的噪声辐射特性进行分析，进行水下航行器减振降噪设计。

2、薄壁圆柱壳体作为典型水下航行器外形结构，通常该类结构壳体壁较薄，轴向跨度大，因而水下航行器整体耐压强度和刚度不大。因此，为增强薄壁圆柱壳体耐压强度，在薄壁圆柱壳内外壁进行环形加强筋有助于提高航行器在水下静压航行中的稳定性。

3、针对水下航行器壳体振动噪声，通常利用阻尼材料的特殊性能，将振动机械能转化为其他形式的能量，使壳体结构恢复至受激前的形态。常见的有自由阻尼结构和被动约束阻尼结构等，但为了达到低频振动控制效果，阻尼结构往往很冗长，极大限制了工程应用。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于声学黑洞原理的耐压水下航行器壳体，通过在水下航行器壳体内外壁连接多个环形加强筋，可有效提高航行器在水下航行中的耐压强度；在环形加强筋上连接多个单叶和双叶声学黑洞构件，可实现振动产生的弯曲波能量集中到单叶声学黑洞构件和双叶声学黑洞构件上；利用敷设在声学黑洞结构末端的阻尼层实现对弯曲波振动能量的吸收耗散，使水下航行器在中低频频段内具备高效减振降噪性能。

2、本发明是通过下述技术方案来实现的。

3、根据本发明实施例提供的一种基于声学黑洞原理的耐压水下航行器壳体，该壳体包括水下航行器壳体、多个连接在所述水下航行器壳体内壁和外壁的环形加强筋；

4、在内壁环形加强筋和外壁环形加强筋两侧环向对称分布有多个单叶声学黑洞构件；在单叶声学黑洞构件之间环向分布有多个双叶声学黑洞构件；

5、在各单叶声学黑洞构件和双叶声学黑洞构件下表面附有阻尼层；

6、所述单叶声学黑洞构件上表面为沿一侧呈流线型渐缩面；

7、所述双叶声学黑洞构件中间为台状凸起，两侧为对称呈流线型渐缩面。

8、作为优选，内壁环形加强筋和外壁环形加强筋分别分段交错刚性连接在水下航行器壳体的内外壁上。

9、作为优选，单叶声学黑洞构件反向对称连接在内壁环形加强筋和外壁环形加强筋两侧，沿内壁环形加强筋和外壁环形加强筋中心呈对称分布。

10、作为优选，单叶声学黑洞构件侧面通过螺栓连接于内壁环形加强筋和外壁环形加强筋两侧。

11、作为优选，双叶声学黑洞构件分别连接于相邻内壁环形加强筋之间和相邻外壁环形加强筋之间的壳体内壁面和内外壁面，分别沿内壁环形加强筋和外壁环形加强筋中心呈对称分布。

12、作为优选，双叶声学黑洞构件的台状凸起分别胶贴于水下航行器壳体内壁面和壳体外壁面。

13、作为优选，水下航行器壳体、内壁环形加强筋、外壁环形加强筋、单叶声学黑洞构件和双叶声学黑洞构件的材料为铝合金。

14、作为优选，阻尼层的材料为丁腈橡胶。

15、本发明由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：

16、1.通过在环形加强筋上连接多个单叶声学黑洞构件和在相邻加强筋间的壳体内外壁面连接多个双叶声学黑洞构件，可实现当壳体发生振动时，弯曲波振动能量可以集中在单叶和双叶声学黑洞构件上，通过敷设在声学黑洞构件上的阻尼层消耗振动能量，达到减振降噪效果。试验结果表明，在0～10000hz频率范围内壳体表面振动加速度平均下降了71.25％，实现了水下航行器减振降噪的高效控制。

17、2.通过在水下航行器壳体内外壁连接多个环形加强筋，可有效降低壳体结构因强度不足而发生的压缩屈服破坏和刚度不足引发的失稳破坏。对比在静载10mpa下有无环形加强筋壳体应力和变形，最大应力由原结构的569.73mpa降低为525.30mpa，且应力均匀分布，改进效果明显。最大变形由原结构的1.0921mm降低为0.94mm，且变形区域趋于平缓，可显著提高水下航行器在静载情况下的稳定性。

18、本发明基于声学黑洞原理的水下航行器壳体具有结构简单轻质、灵活调控和宽频减振等特点，因此控制效率更高、频率范围更广。该声学黑洞波动控制技术能够在船舰水下航行器中广泛应用。

技术特征：

1.一种基于声学黑洞原理的耐压水下航行器壳体，其特征在于，包括水下航行器壳体、多个连接在所述水下航行器壳体内壁和外壁的环形加强筋；

2.根据权利要求1所述的基于声学黑洞原理的耐压水下航行器壳体，其特征在于，内壁环形加强筋和外壁环形加强筋分别分段交错刚性连接在水下航行器壳体的内外壁上。

3.根据权利要求1所述的基于声学黑洞原理的耐压水下航行器壳体，其特征在于，单叶声学黑洞构件反向对称连接在内壁环形加强筋和外壁环形加强筋两侧，沿内壁环形加强筋和外壁环形加强筋中心呈对称分布。

4.根据权利要求1所述的基于声学黑洞原理的耐压水下航行器壳体，其特征在于，单叶声学黑洞构件侧面通过螺栓连接于内壁环形加强筋和外壁环形加强筋两侧。

5.根据权利要求1所述的基于声学黑洞原理的耐压水下航行器壳体，其特征在于，双叶声学黑洞构件分别连接于相邻内壁环形加强筋之间和相邻外壁环形加强筋之间的壳体内壁面和外壁面，分别沿内壁环形加强筋和外壁环形加强筋中心呈对称分布。

6.根据权利要求1所述的基于声学黑洞原理的耐压水下航行器壳体，其特征在于，双叶声学黑洞构件的台状凸起分别胶贴于水下航行器壳体内壁面和壳体外壁面。

7.根据权利要求1所述的基于声学黑洞原理的耐压水下航行器壳体，其特征在于，单叶声学黑洞构件在沿一端为起点的流线型渐缩面x方向上的变化量w(x)通过下式计算：

8.根据权利要求1所述的基于声学黑洞原理的耐压水下航行器壳体，其特征在于，双叶声学黑洞构件在沿台状凸起为起点的流线型渐缩面x方向上的变化量h(x)通过下式计算：

9.根据权利要求1所述的基于声学黑洞原理的耐压水下航行器壳体，其特征在于，水下航行器壳体、内壁环形加强筋、外壁环形加强筋、单叶声学黑洞构件和双叶声学黑洞构件的材料为铝合金。

10.根据权利要求1所述的基于声学黑洞原理的耐压水下航行器壳体，其特征在于，阻尼层的材料为丁腈橡胶。

技术总结本发明公开了一种基于声学黑洞原理的耐压水下航行器壳体，包括水下航行器壳体、多个连接在水下航行器壳体内壁和外壁的环形加强筋；在内外壁环形加强筋两侧环向对称分布有多个单叶声学黑洞构件；在单叶声学黑洞构件之间环向分布有多个双叶声学黑洞构件；在各单叶声学黑洞构件和双叶声学黑洞构件下表面附有阻尼层；单叶声学黑洞构件上表面为沿一侧呈流线型渐缩面；双叶声学黑洞构件中间为台状凸起，两侧为对称呈流线型渐缩面。在壳体上连接多个环形加强筋可有效提高壳体在水下航行中的耐压强度，设置多个单叶和双叶声学黑洞构件，振动弯曲波能量集中到声学黑洞区域实现能量吸收和耗散，具备高效减振降噪性能优势。技术研发人员：高南沙,赵艳彪,李奕霆,田文龙,潘光,王鹏,张智成受保护的技术使用者：西北工业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18