【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及水下減振降噪，尤其是一種基于碳纖維-壓電顆粒的阻尼補償型聲學(xué)覆蓋層。
技術(shù)介紹
1、水下航行器作為重要的武器裝備，由于其良好的隱蔽性、機動性和突擊性備受各國海軍重視。隱蔽性是水下航行器的核心戰(zhàn)技指標(biāo)，是其發(fā)揮機動性、突擊性和提高自身生存能力的先決條件。聲學(xué)覆蓋層技術(shù)是能夠同時抑制艇體回波和振聲響應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)，針對潛艇聲目標(biāo)強度問題的主要控制方法是采用具有強吸聲性能的吸聲覆蓋層，是調(diào)控航行器聲隱身性能的一種重要手段。近年來，隨著水下聲納探測技術(shù)的發(fā)展，對應(yīng)聲納探測的頻段也向低頻拓展。從對抗的角度來看，水下航行器的減振降噪技術(shù)也需要針對探測技術(shù)的變化需要進一步提升，在低頻寬帶范圍內(nèi)降低航行器的聲目標(biāo)強度，目的在于避開敵方聲納的探測。因此，在深海環(huán)境中寬低頻范圍內(nèi)降低水下航行器聲目標(biāo)強度是提高其隱蔽性的核心關(guān)鍵。
2、目前常用的水下吸聲結(jié)構(gòu)主要面臨兩方面的問題，一是低頻吸聲能力不佳，由于常見水聲材料遵從質(zhì)量密度定律，如果要提高對低頻聲波的耗散效應(yīng)，就需要增大聲學(xué)結(jié)構(gòu)的尺寸來增加聲波的傳播路徑；二是高靜水壓下吸聲尤其是低頻吸聲變差，這是由于橡膠聚氨酯等高分子聚合物在高靜水壓力下會變“硬”，使得聲能對彈性能的轉(zhuǎn)換效率大大降低。而現(xiàn)在研究較熱的聲子晶體、等超材料結(jié)構(gòu)，其吸聲頻率范圍較窄，僅在共振頻率附近，當(dāng)利用厚背襯的質(zhì)量效應(yīng)可達到幾百赫茲左右，但其適用性受背襯影響較大，當(dāng)缺乏厚背襯時低頻吸聲性能不佳，難以達到水下航行器的聲學(xué)技術(shù)要求。
3、隨著水下航行器極限下潛深度的不斷提升和聲納探測技術(shù)的不斷發(fā)展，
4、為此我們提出一種基于碳纖維-壓電顆粒的阻尼補償型聲學(xué)覆蓋層。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本申請人針對上述現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)中的缺點，提供一種基于碳纖維-壓電顆粒的阻尼補償型聲學(xué)覆蓋層，從而能夠改善傳統(tǒng)聲學(xué)覆蓋層在高靜水壓條件下聲學(xué)覆蓋層基體粘彈性材料阻尼性能弱化等問題，實現(xiàn)高靜水壓下聲學(xué)覆蓋層低頻寬帶吸聲性能。
2、本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案如下：
3、一種基于碳纖維-壓電顆粒的阻尼補償型聲學(xué)覆蓋層，包括：
4、碳纖維板，通過碳纖維支撐桿與航行器殼體的表面連接；
5、吸聲基體，設(shè)置在碳纖維板和航行器殼體之間；
6、其中，吸聲基體內(nèi)設(shè)置碳纖維網(wǎng)-壓電陶瓷顆粒結(jié)構(gòu)，碳纖維網(wǎng)-壓電陶瓷顆粒結(jié)構(gòu)包括碳纖維網(wǎng)、及均勻分布在碳纖維網(wǎng)表面具有炭包覆層的壓電陶瓷顆粒，通過壓電陶瓷顆粒把聲能轉(zhuǎn)換成電能，電能通過碳纖維網(wǎng)與碳纖維板、碳纖維支撐桿所形成的回路傳遞，電能通過吸聲基體的阻尼性能轉(zhuǎn)換成熱能，從而將聲波的能量耗散，此種方式引入壓電增強阻尼效應(yīng)可以解決高靜水壓下吸聲基體材料阻尼弱化的問題，并與吸聲基體內(nèi)的多種聲波耗散機制的耦合作用，對多頻點聲波的調(diào)控，用于低頻寬帶吸聲。
7、其進一步特征在于：
8、所述碳纖維板和碳纖維支撐桿組成碳纖維骨架，質(zhì)量輕且強度高，具備耐高壓的性能。
9、所述吸聲基體內(nèi)嵌入有包覆層，包覆層內(nèi)設(shè)置有梯度分布的不同尺寸半徑的振子，用于增大局域共振模態(tài)密度，進而調(diào)控多個頻點的聲波，對寬頻聲波的調(diào)控，實現(xiàn)寬頻吸聲。
10、所述包覆層的材料為軟橡膠，振子的材料為鋼。
11、所述振子的形狀為柱形、球狀、圓臺或六面體。
12、所述吸聲基體內(nèi)部具有漸變型空腔結(jié)構(gòu)和梯度分布的多模空腔結(jié)構(gòu)，用于把縱波轉(zhuǎn)換成橫波，增強了聲波能量耗散，實現(xiàn)對低頻聲波的調(diào)控。
13、所述多模空腔結(jié)構(gòu)的形狀為球狀、圓柱或圓臺型，漸變型空腔結(jié)構(gòu)為喇叭型結(jié)構(gòu)。
14、多個所述壓電陶瓷顆粒的體積不相同。
15、所述碳纖維板的聲阻抗與水介質(zhì)的聲阻抗接近，聲波更容易進入到覆蓋層內(nèi)部。
16、本專利技術(shù)的有益效果如下：
17、本專利技術(shù)結(jié)構(gòu)緊湊、合理，操作方便，聲波從碳纖維板的一側(cè)射入吸聲基體中，聲波在結(jié)構(gòu)吸聲基體內(nèi)部傳播時，聲波的能量可以通過壓電陶瓷顆粒轉(zhuǎn)化成電能，通過碳纖維網(wǎng)與碳纖維板以及碳纖維支撐桿所形成的回路傳遞，通過吸聲基體的阻尼性能轉(zhuǎn)換成熱能，從而將聲波的能量耗散；聲波傳播到壓電陶瓷顆粒表面時會發(fā)生散射，改變了聲波原來的傳播路徑，并且覆蓋層內(nèi)部含有許多壓電陶瓷顆粒，已發(fā)生散射的聲波還可以繼續(xù)散射，即產(chǎn)生多重散射效應(yīng)；聲波的散射效應(yīng)可以將聲波由縱波轉(zhuǎn)換成在材料內(nèi)部更易發(fā)生能量耗散的橫波，從而增強了聲波在覆蓋層內(nèi)部的能量耗散，此種方式引入壓電增強阻尼效應(yīng)可以解決高靜水壓下吸聲基體材料阻尼弱化的問題。通過多種聲波耗散機制的耦合作用，實現(xiàn)對多頻點聲波的調(diào)控，從而達到覆蓋層兼顧耐壓-低頻寬帶吸聲的效果。
18、同時，本專利技術(shù)還具備如下優(yōu)點：
19、(1)振子的體積不相同，沿著厚度方向按照一定的梯度形式分布，內(nèi)部不同尺度的振子可以增大覆蓋層的諧振模態(tài)密度，振子的局域共振效應(yīng)可以實現(xiàn)對低頻聲波的調(diào)控，并且不同尺度的振子之間的耦合效應(yīng)，能夠有效增大局域共振模態(tài)密度，進而調(diào)控多個頻點的聲波，實現(xiàn)對寬頻聲波的調(diào)控，從而達到覆蓋層寬頻吸聲的效果。
20、(2)沿著聲波的傳播方向，空腔的體積發(fā)生漸變，空腔的諧振效應(yīng)將聲波由縱波轉(zhuǎn)換成在吸聲基體內(nèi)部更易發(fā)生能量耗散的橫波，從而增強了聲波在覆蓋層內(nèi)部的能量耗散，實現(xiàn)對低頻聲波的調(diào)控，多模空腔結(jié)構(gòu)的耦合諧振可以實現(xiàn)對多頻點聲波的調(diào)控，從而達到寬低頻吸聲的效果。
21、(3)碳纖維板和碳纖維支撐桿組成碳纖維骨架，碳纖維板及碳纖維支撐桿的質(zhì)量輕且強度高，具備耐高壓的性能，碳纖維板的聲阻抗與水介質(zhì)的聲阻抗非常接近，聲波更容易進入到覆蓋層內(nèi)部，不在碳纖維板表面發(fā)生反射；碳纖維骨架為復(fù)合點陣耐壓力學(xué)支撐結(jié)構(gòu)，可以抗住高靜水壓力，增強整體吸聲結(jié)構(gòu)的力學(xué)穩(wěn)定性。
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1.一種基于碳纖維-壓電顆粒的阻尼補償型聲學(xué)覆蓋層，其特征在于，包括：
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于碳纖維-壓電顆粒的阻尼補償型聲學(xué)覆蓋層，其特征在于：所述碳纖維板(1)和碳纖維支撐桿(4)組成碳纖維骨架，質(zhì)量輕且強度高，具備耐高壓的性能。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于碳纖維-壓電顆粒的阻尼補償型聲學(xué)覆蓋層，其特征在于：所述吸聲基體2內(nèi)嵌入有包覆層(5)，包覆層(5)內(nèi)設(shè)置有梯度分布的不同尺寸半徑的振子(6)，用于增大局域共振模態(tài)密度，進而調(diào)控多個頻點的聲波，對寬頻聲波的調(diào)控，實現(xiàn)寬頻吸聲。
4.如權(quán)利要求3所述的一種基于碳纖維-壓電顆粒的阻尼補償型聲學(xué)覆蓋層，其特征在于：所述包覆層(5)的材料為軟橡膠，振子(6)的材料為鋼。
5.如權(quán)利要求4所述的一種基于碳纖維-壓電顆粒的阻尼補償型聲學(xué)覆蓋層，其特征在于：所述振子(6)的形狀為柱形、球狀、圓臺或六面體。
6.如權(quán)利要求1所述的一種基于碳纖維-壓電顆粒的阻尼補償型聲學(xué)覆蓋層，其特征在于：所述吸聲基體(2)內(nèi)部具有漸變型空腔結(jié)構(gòu)(3)和梯度分布的多模空腔結(jié)構(gòu)(8)，用
7.如權(quán)利要求6所述的一種基于碳纖維-壓電顆粒的阻尼補償型聲學(xué)覆蓋層，其特征在于：所述多模空腔結(jié)構(gòu)(8)的形狀為球狀、圓柱或圓臺型，漸變型空腔結(jié)構(gòu)(3)為喇叭型結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求1所述的一種基于碳纖維-壓電顆粒的阻尼補償型聲學(xué)覆蓋層，其特征在于：多個所述壓電陶瓷顆粒(701)的體積不相同。
9.如權(quán)利要求2所述的一種基于碳纖維-壓電顆粒的阻尼補償型聲學(xué)覆蓋層，其特征在于：所述碳纖維板(1)的聲阻抗與水介質(zhì)(10)的聲阻抗接近，聲波更容易進入到覆蓋層內(nèi)部。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于碳纖維-壓電顆粒的阻尼補償型聲學(xué)覆蓋層，其特征在于，包括：
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于碳纖維-壓電顆粒的阻尼補償型聲學(xué)覆蓋層，其特征在于：所述碳纖維板(1)和碳纖維支撐桿(4)組成碳纖維骨架，質(zhì)量輕且強度高，具備耐高壓的性能。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于碳纖維-壓電顆粒的阻尼補償型聲學(xué)覆蓋層，其特征在于：所述吸聲基體2內(nèi)嵌入有包覆層(5)，包覆層(5)內(nèi)設(shè)置有梯度分布的不同尺寸半徑的振子(6)，用于增大局域共振模態(tài)密度，進而調(diào)控多個頻點的聲波，對寬頻聲波的調(diào)控，實現(xiàn)寬頻吸聲。
4.如權(quán)利要求3所述的一種基于碳纖維-壓電顆粒的阻尼補償型聲學(xué)覆蓋層，其特征在于：所述包覆層(5)的材料為軟橡膠，振子(6)的材料為鋼。
5.如權(quán)利要求4所述的一種基于碳纖維-壓電顆粒的阻尼補償型聲學(xué)覆蓋層，其特征在于：所述振子...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：師康康，李東升，沈琪，余曉麗，胡東森，吳波，
申請(專利權(quán))人：中國船舶科學(xué)研究中心，
類型：發(fā)明
國別省市：
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