本發(fā)明屬于水下吸聲復(fù)合結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，具體涉及一種粘彈性材料和亥姆霍茲共振腔復(fù)合寬帶水下吸聲結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、水下吸聲材料主要用于提高水下航行器的聲隱身性能，通常由基體材料(如橡膠等粘彈性材料)和周期性置于其內(nèi)部的吸聲結(jié)構(gòu)組成。基體材料通過(guò)其黏彈性特征實(shí)現(xiàn)對(duì)聲波的吸收，這類材料通常由高分子聚合物構(gòu)成，具有可調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，能夠通過(guò)分子鏈的內(nèi)摩擦實(shí)現(xiàn)聲能的耗散。在水下環(huán)境中，粘彈性材料能夠通過(guò)阻尼耗散、波形轉(zhuǎn)換和弛豫吸收等機(jī)制，有效地吸收入射聲波，從而降低聲波的反射和傳播。但在有限厚度的工況下，要實(shí)現(xiàn)寬頻帶水下吸聲，則需要與其他吸聲結(jié)構(gòu)組合。

2、為了解決在有限厚度下實(shí)現(xiàn)跨域低中高頻段的水下吸聲，目前研究較多的方法是內(nèi)置空腔結(jié)構(gòu)和局域共振結(jié)構(gòu)。前者通過(guò)設(shè)計(jì)空腔結(jié)構(gòu)，可以改善材料的聲阻抗與水的聲阻抗之間的匹配，減少聲波的反射，空腔也可以在特定頻率下與入射聲波產(chǎn)生共振，空腔的振動(dòng)位移可以促使聲波從一種波形(如縱波)轉(zhuǎn)換為另一種波形(如橫波)，橫波在粘彈性材料中耗散較快，進(jìn)而提高了吸聲效率，但在高靜水壓下會(huì)改變空腔形狀，吸聲性能顯著下降；局域共振結(jié)構(gòu)是在粘彈性材料中內(nèi)嵌振子，如球形質(zhì)量塊，可以實(shí)現(xiàn)較低頻的吸聲，但吸聲帶寬窄，很難實(shí)現(xiàn)寬帶吸聲效果。所以，水下消聲層技術(shù)已經(jīng)有了較大突破，但在有限厚度下實(shí)現(xiàn)寬帶吸聲依然是個(gè)挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種粘彈性材料和亥姆霍茲共振腔復(fù)合寬帶水下吸聲結(jié)構(gòu)，解決了現(xiàn)有的水下吸聲材料在有限厚度下實(shí)現(xiàn)跨域低中高頻段的水下吸聲存在吸聲效果不理想的缺陷。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、本發(fā)明提供的一種粘彈性材料和亥姆霍茲共振腔復(fù)合寬帶水下吸聲結(jié)構(gòu)，包括周期排布的多個(gè)元胞，每個(gè)元胞包括底板本體，所述底板本體上開設(shè)有一個(gè)十字形直棱柱結(jié)構(gòu)的凹槽和四個(gè)亥姆霍茲腔，其中，四個(gè)亥姆霍茲腔分別布置在十字形直棱柱結(jié)構(gòu)的凹槽的四角；

4、所述十字形直棱柱結(jié)構(gòu)的凹槽內(nèi)填充有粘彈性材料。

5、優(yōu)選地，每個(gè)亥姆霍茲腔包括一個(gè)長(zhǎng)方體凹槽，所述長(zhǎng)方體凹槽的開口端設(shè)置有頂板，所述頂板上開設(shè)有開孔。

6、優(yōu)選地，所述頂板的下表面設(shè)置有管道，所述管道的自由端伸入至長(zhǎng)方體凹槽內(nèi)，且管道的內(nèi)徑與頂板上的開孔同心且直徑相等。

7、優(yōu)選地，所述管道內(nèi)徑為2～8mm，管道與頂板連接形成圓柱形通道，通道的長(zhǎng)度為2～45mm。

8、優(yōu)選地，所述管道的長(zhǎng)度小于長(zhǎng)方體凹槽的長(zhǎng)度。

9、優(yōu)選地，所述長(zhǎng)方體凹槽的內(nèi)壁布置有一層粘彈性材料。

10、優(yōu)選地，所述長(zhǎng)方體凹槽的長(zhǎng)為15～25mm，寬為15～25mm，深度為45～55mm。

11、優(yōu)選地，所述頂板上的孔的直徑為2～8mm。

12、優(yōu)選地，所述十字形直棱柱凹槽的橫向槽長(zhǎng)度為45～55mm，橫向槽寬為5～25mm，豎向槽長(zhǎng)度為45～55mm，豎向槽寬為5～25mm，十字形直棱柱凹槽的深度為45～55mm。

13、優(yōu)選地，所述每個(gè)亥姆霍茲腔中的粘彈性材料覆蓋層厚度為1～6mm，十字形直棱柱凹槽內(nèi)的粘彈性材料的厚度為45～55mm。

14、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：

15、本發(fā)明提供的一種粘彈性材料和亥姆霍茲共振腔復(fù)合寬帶水下吸聲結(jié)構(gòu)，在底板上開有長(zhǎng)方體凹槽和十字形直棱柱凹槽，在長(zhǎng)方體凹槽內(nèi)壁覆蓋一層粘彈性材料，形成亥姆霍茲腔，十字形直棱柱內(nèi)均勻填充粘彈性材料。一方面，亥姆霍茲腔在激勵(lì)頻率下，聲波引起內(nèi)壁上的粘彈性材料覆蓋層產(chǎn)生壓縮振動(dòng)，促使粘彈性材料發(fā)生內(nèi)摩擦，進(jìn)而將聲能耗散掉，亥姆霍茲腔的激勵(lì)頻率可以通過(guò)改變結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)低于1000hz的水下吸聲；另一方面，十字形粘彈性材料在中高頻聲波激勵(lì)下，可以產(chǎn)生振動(dòng)，十字形粘彈性材料邊界與十字形凹槽連接，對(duì)粘彈性材料的振動(dòng)產(chǎn)生阻力，加劇了粘彈性材料的內(nèi)摩擦，進(jìn)而促進(jìn)聲能耗散。亥姆霍茲腔與十字形粘彈性材料的耦合作用，拓寬了水下吸聲的頻帶帶寬。另外，本發(fā)明可用于制造水下消聲覆蓋層具有類方形格柵的結(jié)構(gòu)，具有較好的承載能力。在設(shè)計(jì)方面，結(jié)構(gòu)參數(shù)和粘彈性材料的材料參數(shù)具有可調(diào)性，可以根據(jù)實(shí)際工況需求進(jìn)行選擇，具有很高的工程應(yīng)用價(jià)值。

16、進(jìn)一步的，一個(gè)元胞內(nèi)含有四個(gè)長(zhǎng)方體凹槽，每個(gè)長(zhǎng)方體凹槽形成一個(gè)亥姆霍茲腔，每個(gè)亥姆霍茲腔內(nèi)粘彈性材料覆蓋層厚度，內(nèi)嵌管道的直徑和長(zhǎng)度可以根據(jù)工況需求進(jìn)行調(diào)整。

17、綜上所述，本發(fā)明可用于制造水下消聲覆蓋層，具有優(yōu)異的寬頻水下吸聲性能以及良好的承壓能力，可以實(shí)現(xiàn)500-10000hz的平均吸聲系數(shù)大于0.8，具有較高的工程應(yīng)用價(jià)值。

18、下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

技術(shù)特征：

1.一種粘彈性材料和亥姆霍茲共振腔復(fù)合寬帶水下吸聲結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括周期排布的多個(gè)元胞，每個(gè)元胞包括底板本體，所述底板本體上開設(shè)有一個(gè)十字形直棱柱結(jié)構(gòu)的凹槽和四個(gè)亥姆霍茲腔，其中，四個(gè)亥姆霍茲腔分別布置在十字形直棱柱結(jié)構(gòu)的凹槽的四角；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種粘彈性材料和亥姆霍茲共振腔復(fù)合寬帶水下吸聲結(jié)構(gòu)，其特征在于，每個(gè)亥姆霍茲腔包括一個(gè)長(zhǎng)方體凹槽，所述長(zhǎng)方體凹槽的開口端設(shè)置有頂板，所述頂板上開設(shè)有開孔。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種粘彈性材料和亥姆霍茲共振腔復(fù)合寬帶水下吸聲結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述頂板的下表面設(shè)置有管道，所述管道的自由端伸入至長(zhǎng)方體凹槽內(nèi)，且管道的內(nèi)徑與頂板上的開孔同心且直徑相等。

4.根據(jù)權(quán)利3所述的一種粘彈性材料和亥姆霍茲共振腔復(fù)合寬帶水下吸聲結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述管道內(nèi)徑為2～8mm，管道與頂板連接形成圓柱形通道，通道的長(zhǎng)度為2～45mm。

5.根據(jù)權(quán)利3所述的一種粘彈性材料和亥姆霍茲共振腔復(fù)合寬帶水下吸聲結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述管道的長(zhǎng)度小于長(zhǎng)方體凹槽的長(zhǎng)度。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種粘彈性材料和亥姆霍茲共振腔復(fù)合寬帶水下吸聲結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述長(zhǎng)方體凹槽的內(nèi)壁布置有一層粘彈性材料。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種粘彈性材料和亥姆霍茲共振腔復(fù)合寬帶水下吸聲結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述長(zhǎng)方體凹槽的長(zhǎng)為15～25mm，寬為15～25mm，深度為45～55mm。

8.根據(jù)權(quán)利2所述的一種粘彈性材料和亥姆霍茲共振腔復(fù)合寬帶水下吸聲結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述頂板上的孔的直徑為2～8mm。

9.根據(jù)權(quán)利1所述的一種粘彈性材料和亥姆霍茲共振腔復(fù)合寬帶水下吸聲結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述十字形直棱柱凹槽的橫向槽長(zhǎng)度為45～55mm，橫向槽寬為5～25mm，豎向槽長(zhǎng)度為45～55mm，豎向槽寬為5～25mm，十字形直棱柱凹槽的深度為45～55mm。

10.根據(jù)權(quán)利1所述的一種粘彈性材料和亥姆霍茲共振腔復(fù)合寬帶水下吸聲結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述每個(gè)亥姆霍茲腔中的粘彈性材料覆蓋層厚度為1～6mm，十字形直棱柱凹槽內(nèi)的粘彈性材料的厚度為45～55mm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種粘彈性材料和亥姆霍茲共振腔復(fù)合寬帶水下吸聲結(jié)構(gòu)，包括周期排布的多個(gè)元胞，每個(gè)元胞包括底板本體，所述底板本體上開設(shè)有一個(gè)十字形直棱柱結(jié)構(gòu)的凹槽和四個(gè)亥姆霍茲腔，其中，四個(gè)亥姆霍茲腔分別布置在十字形直棱柱結(jié)構(gòu)的凹槽的四角；所述十字形直棱柱結(jié)構(gòu)的凹槽內(nèi)填充有粘彈性材料；本發(fā)明可用于制造水下消聲覆蓋層，具有寬帶水下吸聲能力和較好的承載能力；同時(shí)本申請(qǐng)所述的吸聲結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和粘彈性材料的材料參數(shù)具有可調(diào)性，可以根據(jù)實(shí)際工況需求進(jìn)行選擇，具有很高的工程應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)研發(fā)人員：辛鋒先,李明,蔡儲(chǔ)祥,王嘯塵
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10