一种含有金属螺旋结构和空腔结构的组合型吸声覆盖层

技术领域

本发明涉及减振降噪装置技术领域，具体涉及一种含有金属螺旋结构和空腔结构的组合型吸声覆盖层。

背景技术

声波作为目前唯一能够在海洋中进行远距离传播的能量形式，对于完成水下通讯、定位以及搜索等任务具有重要作用。在具有复杂声场环境的的海洋中，利用水下吸声材料和吸声覆盖层消除多余声波，是控制声波传播的重要手段。而潜艇无论是对国防安全还是科学研究都扮演着十分重要的角色，因此如何降低潜艇的声目标强度从而来减小敌方发现我艇的距离，提高我艇的生存能力对于国家安全具有重要战略意义。减少水下目标的声目标强度，目前主要采用的方法就是在其表面敷设吸声覆盖层。吸声覆盖层作为一种具有较强吸声性能的声学隐身结构，通过敷设在潜艇表面来抑制潜艇自身振动和吸收探测声波以及潜艇自身发出的声音，从而达到降低潜艇的声目标强度，减小其被探测可能性的目的

相较于传统的单一型覆盖层结构，含有金属散射体的声学覆盖层由于金属散射体的存在，其可增大橡胶的变形量从而使得更多声能量被基体材料所吸收，在某些特定频段下，橡胶层中所嵌入的金属边框相当于引入软基体材料的一个大质量物体，其在特定频率下与基体和入射声波的振动方向不同，因此金属板在黏弹性橡胶中的振动增大了橡胶基体平行于声波入射方向的位移幅值，并且振动影响了一部分基体橡胶一同发生反向运动从而提升覆盖层的吸声效果；另一方面橡胶层内部挖有空腔，空腔的空腔谐振可以在一定程度上增加声波入射后覆盖层内部的波形转换，利用多个不同界面处的剪切变形，通过材料内部的摩擦作用和弹性弛豫过程，将声能转变为热能耗散掉；同时复合材料层由于其较为特殊的物理性能，其具有各向异性的杨氏模量，泊松比以及剪切模量，该复合材料层拥有一定程度的对声波的损耗能力。

因此，利用金属散射体提供一种具有有效吸声性能的吸声覆盖层，是本发明亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供的一种含有金属螺旋结构和空腔结构的组合型吸声覆盖层，可以有效拓宽吸声频带、提高低频吸声性能，并且还兼具一定的降噪特性。

为了实现上述技术目的，本发明主要采用如下技术方案：

本发明公开了一种含有金属螺旋结构和空腔结构的组合型吸声覆盖层，包括软质橡胶层、基体橡胶层、金属螺旋结构和空腔结构，所述基体橡胶层内部嵌入金属螺旋结构，基体橡胶层外部紧贴有软橡胶质层，且所述金属螺旋结构内部嵌入空腔结构。

在本发明的较佳实施方式中，所述软质橡胶层和基体橡胶层设置为一体结构。

优选的，所述软质橡胶层和基体橡胶层一体热压成型或通过粘接剂粘接后一体冷压成型。

在本发明的较佳实施方式中，所述软质橡胶层和基体橡胶层中的橡胶选自丁基橡胶、丁腈橡胶、丁苯橡胶或聚氨酯材料中的任意一种。

在本发明的较佳实施方式中，所述空腔结构为圆柱形空腔，且圆柱形空腔与金属螺旋结构的轴线重合，并与吸声覆盖层单元结构的侧面平行。

进一步的，含有金属螺旋结构和空腔结构的组合型吸声覆盖层，还包括金属侧板，所述金属侧板紧贴在软质橡胶层外部。

优选的，所述金属选自铝、锌、钢、铅或钨中的任意一种。

优选的，所述吸声覆盖层单元边长与单元高度相等，金属螺旋结构螺距为金属螺旋结构叶片宽度的至少2倍，金属侧板和软质橡胶层厚度相等。

更有选的，所述吸声覆盖层单元边长为H2＝60mm，单元高度为H1＝60mm，螺旋结构叶片宽度w＝7mm，空腔结构半径r＝2mm，螺距s＝15mm，金属侧板厚度a＝2mm，软质橡胶层厚度b＝2mm。

在本发明的较佳实施方式中，所述软橡胶层杨氏模量为5Mpa。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明的吸声覆盖层由基体橡胶层，软质橡胶层，金属螺旋结构和空腔结构构成，通过金属螺旋结构的引入使基体橡胶层产生反向运动，与入射波引起的基体橡胶位移方向相反，两个方向的运动在一定程度上可以相互抵消，消耗了入射声波能量并有效提升了吸声性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明提供的含有金属螺旋结构和空腔结构的组合型吸声覆盖层的二维结构示意图；

图2为本发明提供的含有金属螺旋结构和空腔结构的组合型吸声覆盖层的三维结构示意图。

图中各标号依次表示：1、金属侧板，2、软质橡胶层，3、基体橡胶层，4、金属螺旋结构，5、空腔结构。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

在下文的描述中，出于说明各种公开的实施例的目的阐述了某些具体细节以提供对各种公开实施例的透彻理解。但是，相关领域技术人员将认识到可在无这些具体细节中的一个或多个细节的情况下来实践实施例。在其它情形下，与本申请相关联的熟知的装置、结构和技术可能并未详细地示出或描述从而避免不必要地混淆实施例的描述。

在整个说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的提及表示结合实施例所描述的特定特点、结构或特征包括于至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个位置“在一个实施例中”或“在一实施例”中的出现无需全都指相同实施例。另外，特定特点、结构或特征可在一个或多个实施例中以任何方式组合。

在以下描述中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。

需要说明的是，本申请附图中所示的特征可以属于一个实施例也可以属于不同的实施例，只要这些特征之间不存在相互冲突。为了节省篇幅，本申请可以用同一个附图说明不同实施例，也就是说，本申请的同一个附图可以用于体现不同的实施例中的特征。

实施例

如图1、图2所示，本发明实施例提供的含有金属螺旋结构和空腔结构的组合型吸声覆盖层包括金属侧板1、软质橡胶层2、基体橡胶层3、金属螺旋结构4、空腔结构5。其中，金属选自铝、锌、钢、铅或钨中的任意一种；橡胶选自丁基橡胶、丁腈橡胶、丁苯橡胶或聚氨酯材料中的任意一种。

基体橡胶层3内部嵌入金属螺旋结构4，金属螺旋结构4内部嵌入一空腔结构5，该空腔结构优选为圆柱形空腔，且圆柱形空腔与金属螺旋结构的轴线重合，并与吸声覆盖层单元结构的侧面平行。软质橡胶层紧贴在基体橡胶层3外，其杨氏模量为5Mpa。金属侧板1紧贴软质橡胶层2外。声波通过水介质进入吸声覆盖层材料中时，由于基体橡胶层3的特性阻抗与水的特性阻抗接近，因此入射声波得以最大限度进入吸声覆盖层内，从而减少了反射波的产生。

金属侧板1的存在极大的增强了声学覆盖层在水下的抗压性能。声波进入吸声覆盖层中时以纵波为主，空腔结构5及金属螺旋结构4的存在使得平面纵波转变为剪切波，通常橡胶类材料的剪切损耗因子远大于纵波损耗因子，增加了对入射声波的损耗能力，并且在橡胶与水的分界面上，剪切波很难再从橡胶体内折射到水中。

其中，本发明中，软质橡胶层2和基体橡胶层3设置为一体结构，该一体结构可以一体热压成型，由此吸声覆盖层的成型工艺简单、成本低。也可以将软质橡胶层2、基体橡胶层3依次通过粘接剂粘接后再一体冷压成型。也就是说，粘接剂分别涂覆在每相邻两层的彼此相对的面上，上述两层粘接完成后一体冷压成型，由此吸声覆盖层各层之间粘接牢固。

本发明的吸声覆盖层中，单元边长与单元高度相等，金属螺旋结构螺距为金属螺旋结构叶片宽度的至少2倍，金属侧板和软质橡胶层厚度相等。作为一个较佳的实施例，优选吸声覆盖层单元边长为H2＝60mm，单元高度为H1＝60mm，螺旋结构叶片宽度w＝7mm，空腔结构半径r＝2mm，螺距s＝15mm，金属侧板厚度a＝2mm，软质橡胶层厚度b＝2mm。

本发明提高宽频吸声性能的机理简述如下：

声波从水入射到覆盖层。声波通过水介质进入吸声覆盖层材料中时，由于基体橡胶的特性阻抗与水的特性阻抗接近，因此入射声波得以最大限度进入吸声覆盖层内，从而减少了反射波的产生；声波进入吸声覆盖层中时以纵波为主，空腔结构及螺旋叶片的存在使得平面纵波转变为剪切波，通常橡胶类材料的剪切损耗因子远大于纵波损耗因子，增加了对入射声波的损耗能力，并且在橡胶与水的分界面上，剪切波很难再从橡胶体内折射到水中；声波在吸声覆盖层中的损耗主要基于材料阻尼损耗和局部共振引起的损耗，当吸声材料在声波作用下发生变形时，利用材料内部的黏滞摩擦作用将部分声能转换成热能消耗掉，同时螺旋结构与空腔结构的存在使得声波在其附近产生局部共振，吸声材料产生较大的形变量位移，进一步增强了材料内部的黏滞摩擦作用，使得声吸收性能有较大提升。

以上已详细描述了本发明的较佳实施例，但应理解到，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改。这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。