水下宽带吸声障板的制作方法

阅读：评论：0

1.本实用新型涉及声学技术领域，具体涉及一种水下宽带吸声障板。

背景技术：

2.吸声障板是声呐基阵声场治理环境和潜艇消声瓦的重要组成部分，主要设置在潜艇艏端和潜艇表面，用于吸收散射声波和入射声波，增加接收水声信号的可靠性，并降低潜艇被探测的概率。
3.随着新技术的不断应用，潜艇的工作深度不断增加，同时敌舰的声纳探测频率也逐渐降低，这些情况对吸声障板也提出了更高的要求。共振吸声结构是一种有效地可以实现中低频吸声的一种方式，正如2000年science期刊上，刘正猷等人首次提出的局域共振型声子晶体结构，可以实现小尺寸结构控制大波长吸声，但目前共振吸声的工作频率范围十分有限，同时目前设计的结构基本上都是十分规则的形状，如圆形或球形。
4.而对于中高频的吸声方法，纵横波的转换是种十分有效的手段，如专利cn113611275a中所示的内置空气层的四方蜂窝复合水下吸声结构，该实用新型采用四方蜂窝障板，其在宽频范围内取得了良好的吸声效果，其结构要求橡胶与钢板之间必须是完全的空气背衬。又如2019年kangkangshi文章，其采用橡胶包裹多种多层吸声结构的声超材料，拓宽了吸声带宽，但部分频段吸声效果仍然有限，另外其采用的截面结构仍是规则的矩形或圆形，吸声的频带带宽不够。
5.基于此，做出本技术。

技术实现要素：

6.为了解决上述现有技术存在问题的至少之一，本实用新型提供一种水下宽带吸声障板，实现水下宽带吸声障板在中低频范围内取得极高的吸声系数和较宽的工作频带，实现在水下1300hz-3700hz范围内取得优秀的宽频吸声效果。
7.本实用新型提供了如下的技术方案：
8.一种水下宽带吸声障板，包括长方体形状的弹性基材层和分布于弹性基材层内的多种多层吸声结构，其特征在于：所述多种多种多层吸声结构包括沿声波传播方向排列第一种吸声结构单元、第二种吸声结构单元、第三种吸声结构单元、第四种吸声结构单元、第五种吸声结构单元和第六种吸声结构单元；
9.其中所述第一种吸声结构单元包括多个形状尺寸相同沿垂直于声波传播方向逐个分布的第一u型钢柱；所述第二种吸声结构单元包括多个形状尺寸相同沿垂直于声波传播方向逐个分布的第二u型钢柱；所述第三种吸声结构单元包括多个圆柱形状的和尺寸相同的沿沿垂直于声波传播方向逐个分布的空腔；所述第四种吸声结构单元包括一长方体形状的第一钢板层；所述第五种吸声结构单元包括一长方体形状的空气背衬层；所述第六种吸声结构单元包括一长方体形状的第二钢板层；所述第一u型钢柱和第二u型钢柱均背向所述空腔开口。
10.本实用新型提供了一种优选方案，所述第一u型钢柱的横截面积小于第二u型钢柱的横截面积，该优选方案有助于增加该反声障板的吸声系数和吸声带宽。
11.本实用新型提供了一种优选方案，所述长方体形状的弹性基材层通过多块钢薄板包覆，该优选方案有助于保证该障板结构的水密性和大水压下的障板结构状态稳定性。
12.本实用新型提供了一种优选方案，多个所述第一u型钢柱等间距分布；多个所述第二u型钢柱等间距分布；多个所述空腔等间距分布；所述第一钢板从垂直于声波传播方向贯穿所述弹性基材层；所述空气背衬层从垂直于声波传播方向贯穿所述弹性基材层；所述第二钢板层从长度贯穿所述弹性基材层，该优选方案有助于增加该反声障板的吸声系数。
13.本实用新型提供了一种优选方案，第一u型钢柱横截面的对称线、第二u型钢柱横截面的对称线与空腔横截面的中心三者共线，该优选方案有助于增加该反声障板的吸声系数。
14.本实用新型提供了一种优选方案，所述第一u型钢柱和第二u型钢柱的内部夹角均为90o，该优选方案有助于增加该反声障板的吸声带宽。
15.本实用新型提供了一种优选方案，所述钢薄板与弹性基材层之间通过粘接层粘接；所述钢薄板之间焊接固定，形成密封结构，该优选方案有助于保证该障板结构的水密性和大水压下的障板结构状态稳定性。
16.本实用新型提供了一种优选方案，所述弹性基材层为橡胶材质。
17.本实用新型提供了一种优选方案，所述空腔采用中空的圆柱空腔，该优选方案有助于增加该障板结构的低频吸声效果。
18.本实用新型提供了一种优选方案，所述第一u型钢柱、第二u型钢柱、圆柱空腔、第一钢板层、第二钢板层和钢薄板中钢制材料需要经过焊接，橡胶和钢制材料需要经过硫化粘接，以保证该障板结构的稳定性和耐压性。
19.本实用新型障碍板吸声原理：水下宽带吸声障板的吸声结构在较低频率时利用了类似于弹簧振子模型，当弹性波和声波传播到此类结构时，由于受到钢柱、空腔的振动影响，导致一部分声波无法继续传播，在该结构形成了禁带，因此形成了小尺寸结构控制
20.大波长的效果。由于橡胶层存在u型钢柱和空腔结构，其起到了弹簧和质量块的作用，因此调节u型钢柱和空气腔的尺寸以改变该模型的共振吸声频率点。
21.本实施例水下宽带吸声障板的吸声结构在中低频时采用了纵横波转换法和类亥姆赫兹共振腔的方法，实现中低频的吸声效果。当声波传播进入橡胶时，声波在橡胶层内将转化为纵波和横波，由于橡胶层内u型钢柱一端开口，一端封闭，纵波沿着原始方向传播到封闭端时，纵波将沿着u型柱的特殊结构外形，振动波将传递到u型钢柱两侧，从而改变纵波的传播轨迹，提升纵波转化为横波的转换效率。同时，由于第一u型钢柱内腔的宽度t1略窄于第二u型钢柱内腔的宽度，纵波进入到第二u型钢柱的内部将会被进一步限制其外界传播，通过类亥姆赫兹共振腔结构实现声波的逐渐耗散。
22.同时，该吸声障板模型通过空气背衬层，入射声波将基本实现零透射，进一步实现声波能量在橡胶层内的逐渐耗散。
23.综上所述，本实用新型的有益技术效果为：
24.1.本实用新型吸声障板采用的材料为常见材料，便于获取或加工；
25.2.本实用新型吸声障板在取得宽带吸声效果的情况下，结构厚度不超过9cm，即小
尺寸也能实现在中低频范围内取得极高的吸声系数和较宽的工作频带；
26.3.本实用新型吸声障板可在水下声学1300hz-3700hz范围内取得优秀的宽带吸声效果，吸声系数大于0.9。
附图说明
27.图1为本实用新型实施例的水下宽带吸声障板的整体结构示意图（含内部展示）；
28.图2为本实用新型实施例的水下宽带吸声障板的理论模型示意图；
29.图3为对比实施例的水下宽带吸声障板的对比理论模型示意图；
30.图4为本实用新型实施例与对比实施例的水下宽带吸声障板的中低频吸声效果对比示意图。
31.图中标记如下：橡胶层1，第一u型钢柱2，第二u型钢柱3，空腔4，第一钢板层5、空气背衬层6，第二钢板层7，钢薄板8，第一钢圆柱9，第二钢圆柱10。
具体实施方式
32.以下结合附图详细说明本实用新型的具体实施方式，使本领域的技术人员更清楚地理解如何实践本实用新型。尽管结合其优选的具体实施方案描述了本实用新型，但这些实施方案只是阐述，而不是限制本实用新型的范围。
33.最佳实施例
34.请参阅图1和图2，本实施例的一种水下宽带吸声障板，由长方体形状的弹性基材层和分布于弹性基材层内沿其宽度方向排列的多种多层吸声结构单元组成，其中多种多层吸声结构单元包括沿宽度方向排列第一种吸声结构单元、第二种吸声结构单元、第三种吸声结构单元、第四种吸声结构单元、第五种吸声结构单元和第六种吸声结构单元；该通过橡胶层1作为弹性基材层（采用的橡胶为高硬度橡胶，其橡胶密度为1000kg/m3，体积模量为(1+0.01i)gpa，剪切模量为(0.006+0.0018i)gpa，其钢的密度为7890kg/m3，体积模量为175gpa，剪切模量为80.77gpa）、沿长度方向逐个分布的5个第一u型钢柱2、沿第二u型钢柱3、空腔4、第一钢板层5、空气背衬层6、第二钢板层7组成，其中为保证该结构模型的工程可行性和水下耐压性，在该结构外包一层钢薄板8。实际在生产加工过程中，第一u型钢柱2、第二u型钢柱3、第一钢板层5置于硫化模具之中，其中空腔4可用一个钢圆柱（表面涂抹脱模剂）置于硫化模具之中，在完成硫化后将钢圆柱取出即可形成空腔。当硫化完成后，第二钢板层7置于第一钢板层5后处合适位置，并采用钢薄板8（橡胶粘接处涂抹粘接剂）将该吸声障板四周焊接密封，并完成二次硫化，以保证该障板结构的稳定性和耐压性。
35.同时，为保证该结构在中低频效果下的吸声效果，本实施例吸声障板的高度和宽度
36.（垂直于声波传播方向）尽量保持足够大，高度和宽度尽量保持大小一致。对比实施例
37.请参阅图3，作为与本实用新型结构对比实施例，图3的吸声障板结构中第一种吸声结构单元采用第一钢圆柱（实心）9，第二种吸声结构单元采用第二钢圆柱（实心）10，其他第三种吸声结构单元、第四种吸声结构单元、第五种吸声结构单元和第六种吸声结构单元与本实用新型实施例相同。另外第一u型钢柱2和第一钢圆柱9截面面积相等，第二u型钢柱3
和第二钢圆柱10截面面积相等。
38.请参阅图4，图4为本实用新型实施例与对比实施例的水下宽带吸声障板的中低频吸声效果对比示意图，吸声效果从其中可知本实用新型的障板在频率点3050hz处，最佳吸声效果可达到0.99，在频率范围1300hz-3700hz，该吸声障板的吸声系数均在0.9以上，同时对比于图3的吸声障板结构，钢圆柱的吸声障板在频率范围1200hz-2500hz内的吸声系数大于0.9，明显是u型柱的频带带宽大于钢圆柱频带带宽。
39.以上所述仅是本实用新型优选的实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何基于本实用新型所提供的技术方案和实用新型构思进行的改造和替换都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

技术特征：

1.一种水下宽带吸声障板，包括长方体形状的弹性基材层和分布于弹性基材层内的多种多层吸声结构，其特征在于：所述多种多层吸声结构包括沿声波传播方向排列第一种吸声结构单元、第二种吸声结构单元、第三种吸声结构单元、第四种吸声结构单元、第五种吸声结构单元和第六种吸声结构单元；其中所述第一种吸声结构单元包括多个形状尺寸相同沿垂直于声波传播方向逐个分布的第一u型钢柱；所述第二种吸声结构单元包括多个形状尺寸相同沿垂直于声波传播方向逐个分布的第二u型钢柱；所述第三种吸声结构单元包括多个圆柱形状的和尺寸相同的沿垂直于声波传播方向逐个分布的空腔；所述第四种吸声结构单元包括一长方体形状的第一钢板层；所述第五种吸声结构单元包括一长方体形状的空气背衬层；所述第六种吸声结构单元包括一长方体形状的第二钢板层；所述第一u型钢柱和第二u型钢柱均背向所述空腔开口。2.如权利要求1所述的水下宽带吸声障板，其特征在于，所述第一u型钢柱的横截面积小于第二u型钢柱的横截面积。3.如权利要求1所述的水下宽带吸声障板，其特征在于，所述第一u型钢柱和第二u型钢柱的内部夹角均为900。4.如权利要求1所述的水下宽带吸声障板，其特征在于，第一u型钢柱横截面的对称线、第二u型钢柱横截面的对称线与空腔横截面的中心三者共线。5.如权利要求1所述的水下宽带吸声障板，其特征在于，多个所述第一u型钢柱等间距分布；多个所述第二u型钢柱等间距分布；多个所述空腔等间距分布；所述第一钢板从垂直于声波传播方向贯穿所述弹性基材层；所述空气背衬层从垂直于声波传播方向贯穿所述弹性基材层；所述第二钢板层从长度贯穿所述弹性基材层。6.如权利要求1所述的水下宽带吸声障板，其特征在于，所述长方体形状的弹性基材层通过多块钢薄板包覆。7.如权利要求6所述的水下宽带吸声障板，其特征在于，所述钢薄板与弹性基材层之间通过粘接层粘接；所述钢薄板之间焊接固定，形成密封结构。8.如权利要求1所述的水下宽带吸声障板，其特征在于，所述弹性基材层为橡胶材质。9.如权利要求1所述的水下宽带吸声障板，其特征在于，所述空腔采用中空的圆柱。

技术总结

本实用新型提供了一种水下宽带吸声障板，属于声学技术领域，包括长方体形状的弹性基材层和分布于弹性基材层内的多种多层局部共振结构，其关键结构为多个形状尺寸相同沿垂直于声波传播方向逐个分布的第一U型钢柱和多个形状尺寸相同沿垂直于声波传播方向逐个分布的第二U型钢柱，第一U型钢柱和第二U型钢柱均背向所述空腔开口。本实用新型吸声障板可以实现水下吸声障板在中低频范围内取得极高的吸声系数，相比较于现有技术，拓宽了吸声带宽，可实现在1300Hz-3700Hz范围内中低频宽带良好的吸声效果。声效果。声效果。