水下吸声覆盖层结构及吸声机理研究进展
橡胶水下吸声材料的研究进展
吸声 材 料 是一 种 结 构功 能 一体 化 材料 ，在 噪 声 问题 Ｅｔ益严 重 的当今 社会 ，吸声 材 料 已经 逐 渐 成 为 一 个 新 的研 究 热 点 …。 与 其 他 类 型 吸 声 材 料 相 比，橡 胶 材 料对 声 波 的吸 收 和损 耗 均 比较 出 色 。水 下 吸声材 料是 军事 领域水 下 目标 隐身技 术 发展 的基础 ，工 作环 境较 为特殊 ，高分 子材料 是 制 备水 下 吸声 材 料 的较好 选 择 。 目前 使 用 的水 下 吸声 材 料 以橡 胶 和 聚氨 酯 类 吸声 材料 为 主 ，其 中 橡胶 吸声 材料在各 种潜艇 中均有广泛应用 。
传 播周 期 不 是 同步 进 行 的 ，其 相位 落 后 了数 个 周
期 ，造 成声能 在介质 中的损耗 。
以气体 分子为例 ，分子 弛豫吸收公 式为
０９
‘
（Ｃ —Ｃ ）∞ｒ
，、
丽 ５）
表 １ 常 用 橡胶 的声 学 性能
（３）分 子弛豫 吸收 。声 波在介 质 中传 播 时 ，分 子 动 能 增 大 ，分子 问相 互碰 撞 达 到新 的热 平衡 。 分子 运 动主要 有分 子平 动 、转动 和振 动 ，分 子平 动 和 转 动 均可 瞬 间调 整 ，而分 子 振动 调 整则 需 要 一 定 的时 间 和能 量 ，因 此介 质 的分子 振 动 与声 波 的
≈
（１）
ｙ＝ ＋
（２）
式 中， 是 介质 粘 滞 吸收 系数 ； 是 声 波频 率 ；Ｃｏ
水声吸声高分子材料的研究进展
水声吸声材料 underwater acoustic absorption material
定义：特性声阻抗与水的特性声阻抗相匹配，在 水中能使入射的声波极少反射，而将声能大部分 转变成其他形式能量的材料。
高分子材料的吸声机理
声能的损耗主要是由粘滞性内摩擦，弛豫作用和 热传导造成的。 高分子粘弹性材料同时具备弹性固体和粘性流体 的特性，声波在其中传播时，由于粘滞性作用产 生内摩擦力使部分声能转变为热能而损耗，即高 分子介质的粘滞性吸收，这是均匀介质中声波衰 减的主要原因之一。
吸声材料的要求
• 材料的特性声阻抗与水的特性声阻抗要匹配（使 声波能无反射地进入材料内部） • 有大的声衰减性能（使入射进来的声能绝大部分 被吸收） • 透水性、耐候性、与金属的粘结强度等
一般内耗大、阻尼性能好的粘弹性高分子材料适宜 作水声吸声材料。
常用的吸声材料
橡胶类 • 特性阻抗和水接近。满足阻抗匹配的要求， 可以改变填料和组分进行调节； • 具有较大内耗，能有效吸收声能; • 具有优异的物理化学性能，适于在海水环境下长 期使用; • 且具有良好的加工特性，容易硫化成型。 均匀橡胶材料的低频吸声效果不尽理想，需要引 入声学结构进行谐振吸声处理。
• 弹性体泡沫和凹状空腔的蜂窝结构均可产生负泊 松比，具有负泊松比(NPR)的材料具有非同寻常 的声学性能。
水声吸声材料的应用
1. 在船舶的声纳导流罩内壁的非反射面上需要涂 覆一层吸声材料以消除声反射和噪音 2.在军事领域，水声吸声材料被用作声隐身材料， 将水声吸声材料材料涂覆与水下航行体表面可降 低其目标特性，对抗敌方的声纳探测。
பைடு நூலகம் 压电复合材料 压电复合材料是由压电颗粒(如：锫钛酸铅PZT、锆 钛酸镧铅PLDZT等)、导电颗粒(如：碳黑、金属粉末 等)和聚合物基体一起混合得到的复合材料，通常具 备减振吸声的功能。
水下覆盖层结构的声学特性分析
１０ ０ ） ５ ０ １
要 ：根据波 动理论应用分层分 析的方法得到 了不 同人射角度 、 同背衬情况 时声 波在水下覆盖层 结构 中 不
的吸声 、 反射系数以及透射损失等 ， 并数值计 算了不同人射角度 下三种 背衬条件 下的透射 损失 ， 分析表 明 ： 波垂 声
直 入 射 时透 射 损 失 性 能 最 差 ； 背 衬 时 水 下 覆 盖 层 结 构 的透 射 损 失 低 频 时 很 小 ， 高 频 时 急 剧 增 加 ； 壳 背 衬 低 频 水 中 单
水下覆 盖层 结构 的声 学特 性分 析
பைடு நூலகம்
文章编号 ：０ ６１５ （０ ０ ０ － ０ －５ １０ —３ ５ ２ １ ）４０ １０ ０
水 下 覆 盖 层 结 构 的 声 学 特 性 分 析
姚 熊亮 ，王 献 忠 ，庞 福 振 ，孙 龙 泉
（ 尔滨工程 大 学 船舶 工 程 学院 ， 尔滨 哈 哈
中图分类号 ： ６４７ ｕ ７ ．６
文献标识码：Ａ
Ｄ Ｉ 码 ：０ ３ ６ ／．ｓｎ １０ Ｏ编 １ ． ９ ９ ｊｉ ．０ ６—１５ ．０ ０ ０ ．０ ｓ ３ ５ ２ １ ．４ ０ １
Ｓ ｕ ｙ ｏ ｏ ｔｃ Ｃｈａ ａ ｔｒｓｉｓｏ ｔ ｄ ｎ Ａｃ ｕｓｉ ｒ ｃｅ ｉｔｃ ｆＵｎｄ ｒ ｔ ｒ Ｃｏ ｔｎ ｔ ｕ ｔ ｒ ｅ ｗａ ｅ ａ ｉ ｇ Ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ
Ｙ Ａ０ ｏ ｇ— ｉ ｎ Ｘｉｎ Ｌ ａ ｇ， ＷＡＮＧ Ｘｉ ｎ ｚ ｏ ｇ， ＰＡＮＧ —ｈ ｎ， ＳＵＮ ａ －ｈ ｎ Ｆｕ ｚ ｅ
・ｕ ｎ ｑａ
（ ａｂｎＥ ｇｎｅ ｎ ｎｖｒｉ ， ａｂｎ１ ０ ０ ，Ｃ ｉａ Ｈ ｒｉ ｎ ｉｅｒ ｇＵ ｉ ｓｙ ｒｉ ５ ０ １ ｈｎ ） ｉ ｅ ｔ Ｈ
高分子水声吸声材料的研究进展
质点运动速度不同 ， 由相对运 动而产 生 内摩擦 ， 可 以使相 这
当一 部 分 声 能 转 化 为 热 能 而 引 起 声 波 衰 减 ；２ 材 料 的 弹 性 （） 弛 豫 过 程 吸 声 ， 波 进 入 材 料 后 使 材 料 中 的分 子 由球 形 变 为 声 椭 圆形 ， 分 子 链 本 身 并 无 变 化 ， 种 变 形 有 明显 的 弹 性 滞 而 这
潜艇 的最 大 特 点 就 在 于 它 具 有 良好 的 隐 蔽 性 和 突 发 攻 击 能 力 ， 低 潜 艇 的 声 目标 特 性 可 以缩 短 敌 方 发 现 我 舰 的 距 降
腔或添加气泡性填料 等方式来 提高其 吸声性 能。常用 的复
合 吸 声 结 构 有 以下 ５种 。
２ １ 共 振 式 吸 声 结构 ．
究 现 状 ， 对 未 来 的发 展 趋 势 进 行 了展 望 。 并 １ 高 分 子 水 声 吸 声 材 料 的吸 声 机 理
波的频率与空腔的 固有频率接近时 ， 波在 空腔内就会 发生 声
共 振 ， 腔体 材料 产 生 较 大 的变 形 ， 声 能 转 换 为 热 能 。 使 使 Ｓ Ｉａｓｏ 认 为 有 孔 腔 的薄 橡 胶 层 可 以改 变 普 通 入 射 ．ｖｎｓｎ
导 出 了微 穿 孔 板 吸 声 材 料 的 吸声 方 程 。结 果 表 明 ， 的 共 振 板
能 。与其它吸声材 料相 比， 高分子 材料 更容易 通过 发泡 、 模 压和挤出等方法加工成型。而且高分子材料密度较小 ， 其特
性 声 阻 抗 和 海 水 的 特 性 声 阻 抗 比较 接 近 ， 者 容 易 实 现 匹 二 配 。因 此 高 分 子 材 料 经 常 用 作 水 声 吸 声 材 料 。 水 声 吸 声 材 料 的 吸 声 机 理 有 ３种 Ｊ（ ） 料 的粘 性 内 ：１ 材 摩 擦 吸 声 ， 称 为阻 尼 损 耗 ， 指 声 波 进 入 材 料 后 引 起 相 邻 也 是
中科院力学所科技成果——先进水下吸声阻尼材料-声子玻璃复合材料
中科院力学所科技成果——先进水下吸声阻尼材料-声子玻璃复合材料技术介绍及特点水下吸声阻尼材料是具有吸收声波、降低目标声特征信号、使水下潜器难以被发现和识别的功能材料。
随着声科学与技术的发展和各学科的相互融合，水下吸声阻尼材料器件的应用也越来越广泛，在军用技术中有着极其重要的地位和迫切的需要。
由于高机动性和隐蔽性，水下航行器成为当代军事技术中最具威慑力的水下武器装备之一。
隐蔽能力是水下航行器的最重要性能，它对水下航行器的战技性能有着直接的、重要的影响。
电磁场、声场、地磁场、水压力场等特征信号通常都可能使水下航行器暴露，但由于各种因素的限制，使声场成为最主要的目标特征。
因此，水下航行器的隐蔽性主要归结为声隐身能力，它是提高水下航行器生存能力和战斗力的最有效手段。
研究表明，水下航行器的声辐射每降低6dB-10dB，敌方声呐作用距离将会降低50%，己方声呐的作用距离可以提高一倍。
水下吸声阻尼材料不仅能够降低水下航行器目标强度，又可以抑制其辐射噪声，还可以用于降低声呐平台自噪声的综合技术，在水下航行器声隐身中有着广泛的应用。
一方面它可以在宽频范围内对声波进行有效吸收，降低声呐回波和声目标特性，从而缩短敌方主动声呐的探测距离；另一方面利用材料自身的阻尼和隔声作用，减少自噪声向外辐射，实现水下航行器安静化。
开发性能优异的新型水下吸声阻尼材料对我国海军装备发展和国防军工建设有着重要的现实意义。
相比较于传统的橡胶一类高分子材料，声子玻璃复合材料不仅具备优异的水下吸声性能，同时也具备了良好的力学特性，其综合性能先进性具体如下：轻质：声子玻璃复合材料是由开孔泡沫铝材料与聚氨酯复合而成的，材料整体密度约为1.4g/cm3，当设计为水下吸声阻尼元器件时，其密度可优化至1.1g/cm3，该密度远低于现有水声阻尼材料。
宽频强吸声性能：声子玻璃复合材料在常压下500Hz-10kHz内吸声系数大于0.8，远宽于传统的水下吸声材料的吸声频带，可以覆盖现有声呐的吸声频段，实现无泄漏吸声。
水下吸声材料的研究进展[1]
![水下吸声材料的研究进展[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/493c08630b1c59eef8c7b417.png)
水下吸声材料的研究进展／石云霞等·４９·水下吸声材料的研究进展。
石云霞１’２，奚正平２，汤慧萍２，朱纪磊２，王建永２，敖庆波２（１西安建筑科技大学材料科学与工程学院，西安７１００５５；２西北有色金属研究院金属多孔材料国家重点实验室，西安７１００１６）摘要概述了水下吸声机理，综述了常用的吸声材料和吸声结构以及国内外水下吸声材料的研究和应用现状。
归纳出水下吸声材料的３个发展方向，即理论计算指导材料设计、提高材料低频吸声性能和增加频宽及提高材料耐水压和耐蚀性。
指出具有高强度、高耐热性、高耐蚀性和良好吸声效果的金属多孔材料，特别是夹心复合吸声结构具有良好的发展前景。
关键词水声材料消声瓦吸声机理橡胶ＰｒｏｇｒｅｓｓｏｆＵｎｄｅｒｗａｔｅｒＳｏｕｎｄ—ａｂｓｏｒｂｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓＳＨＩＹｕｎｘｉａｌ～，ＸＩＺｈｅｎｇｐｉｎｇｚ，ＴＡＮＧＨｕｉｐｉｎｇｚ，ＺＨＵＪｉｌｅｉ２，ＷＡＮＧＪｉａｎｙｏｎ９２，ＡＯＱｉｎｇｂｏｚ（１ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｌｌ７１００５５；２ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＰｏｒｏｕｓＭｅｔａｌｓＭａｔｅｒｉａｌｓ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔＩｎｓｔｉｔｕｔｅｆｏｒＮｏｎ－ｆｅｒｒｏｕｓＭｅｔａｌＲｅｓｅａｒｃｈ，Ｘｉ’ａｎ７１００１６）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅａｃｏｕｓｔｉｃａｂｓｏｒｂｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｓｏｕｎｄａｂｓｏｒｂｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆ１．ｉｎ—ｄｅｒｗａｔｅｒｓｏｕｎｄａｂｓｏｒｂｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｓａｉｍｓａｔｔｈｒｅｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ：ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｇｕｉｄｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｓｄｅｓｉｇｎ，ｈｉｇｈｅｒｌｏｗｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｏｕｎｄａｂｓｏｒｂｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｗｉｄｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｂａｎｄ，ｈｉｇｈｅｒｗａｔｅｒ－ｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ．Ｐｏｒｏｕｓｍｅｔａｌｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｓａｎｄｗｉｃｈｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｉｔｈｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｈｅａｔｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓ－ｔａｎｃｅｗｅｌｌｎｉｃｅｓｏｕｎｄａｂｓｏｒｂｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｗｉｌｌｈａｖｅｅｘｔｅｎｓｉｖｅｐｒｏｓｐｅｃｔ，Ｋｅｙｗｏｎｋｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｓｏｕｎｄａｂｓｏｒｂｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｓｉｌｅｎｔｔｉｌｅ，ａｃｏｕｓｔｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｒｕｂｂｅｒ０引言１水下吸声材料的吸声机理随着声纳探测技术的不断发展和探测能力的不断提高，作为海军常规战略武器装备的潜艇，其隐蔽性受到严重的挑战。
水声声管测试中背衬对吸声结构性能的影响
水声声管测试中背衬对吸声结构性能的影响水声声管是一种主要用于海洋声学领域中的声纳接收器。
在水下接收声波信号时，声管需要具有良好的吸声效果，以消除水下环境中的噪声干扰，并提高信噪比。
而吸声结构则是提高水声声管吸声效果的主要手段之一。
本文旨在探究背衬对吸声结构性能的影响。
背衬是指吸声结构的网格支撑材料，可以是聚酯纤维、玻璃纤维、泡沫塑料等材料。
背衬的选择会直接影响吸声结构的吸声效果和结构稳定性。
一般来说，随着背衬厚度的增加，吸声效果会提高，但不同材料的吸声效果和稳定性也有所不同。
为了探究背衬对吸声效果的影响，本文进行了一系列实验测试。
首先，选择了常用的两种吸声结构材料——聚酯纤维吸音棉和泡沫塑料作为样品，分别使用不同厚度的背衬材料进行对比测试。
测试中使用了标准的回声室测试方法，将吸声结构样品放置在回声室中进行测试，记录各个频率点的吸声系数。
实验结果显示，随着背衬厚度的增加，各个频率点的吸声系数均有所提高，但增长速度不同。
聚酯纤维吸音棉的吸声效果提升明显，而泡沫塑料的吸声效果提升较小。
此外，在选择背衬材料时，需要注意背衬本身的吸声效果，一些背衬材料本身具有较好的吸声性能，可以进一步提高吸声结构的整体性能。
除了吸声效果外，背衬还对吸声结构的稳定性有着重要的影响。
在实验测试中，我们对不同厚度的背衬进行了长时间的放置测试，观察背衬是否会对吸声结构产生损伤或者变形。
实验结果显示，聚酯纤维吸音棉的背衬较为稳定，不易产生变形或损伤；而泡沫塑料的背衬易受外界压力和温度变化的影响，可能会产生变形或损伤，从而影响吸声效果。
综上所述，背衬对吸声结构的吸声效果和稳定性都有着重要的影响。
在选择背衬时，需要充分考虑材料的吸声性能和稳定性，并根据实际需求选择合适的厚度。
同时，我们也需要进一步研究和优化吸声结构，探究更加优化的背衬材料和结构，提高水声声管的吸声效果和性能。
聚氨酯涂层的水下吸声性能研究
１ 引 言
聚 氨酯 橡胶 材料 由于其分 子 结构 具有 非极 性 的软 链段与 极性硬链段…，有较高 的阻尼损耗 因子 ，特 性阻 抗与水相近 【，是一种 很有潜力 的水声材料基 体。通 过 ２ 】 添加填料和 发泡等手段 ， 以得到 阻抗 与海水匹配 的高 可 性能吸 声涂层 。
以 Ｋ Ｙ２ ０ 扫描 电子显微镜 为测试 仪器， 样 ＹＫ ８ ０ 测试 品剖 面结构 Ｓ Ｍ 图，分析样 品的内部结构 。 Ｅ
３ 结 果 与 讨 论
３１ 石 墨 用 量对 涂 层 吸 声 性 能 的 影 晌 ．
以聚氨 酯为基 体 ，加入 一定量 发泡剂后 ，研究石
墨对 涂层 的吸声性能 的影响 。 ２所示 的是样 品的剖面 图
Ｆｅｕ ｎｙｋ ｒ ｑ ｅ ｃ ／ Ｈｚ
图 １ 涂 层 中石 墨百分含 量对吸 声系数的影响
Ｆ ｇ Ｉ ｆｕ ｎ ｅ ｏ ｒ ｐ ｉｅ ｍ ａ ｓ ｃ ｎ ｅ ｔｏ ｂ ｏ ｐ ｉ ｎ ｉ １ ｎ ｅ ｃ ｆ ｇ ａ ｈ ｔ ｌ ｓ ｏ ｔ ｎ ｎ ａ ｓ ｒ ｔｏ ｃ ｆｉｉｎ ｏｅｆｃｅ ｔ
对涂层 吸声性 能的影响 。 实验 结果表 明石 墨 改变涂层 密 度 ，提 高涂层 的吸 声 系数。合成 了高性 能的吸 声涂层 ，
该涂层 随 着水压 增加 ，涂层 的吸声 系数 增加 。 水压在 ３ ａ ，平均吸 声 系数 达 ８ ．％。 ＭＰ 时 ７ ６ 关键 词： 吸声涂层 ；聚氨酯；石墨 ；水下吸声性 能
气末 端 。
填料 是调节材料与 声波 相互作用特 性的重要物质 。
Ｃ ｓｍａ ［ １ ｕｈ ｎ３ 等研究指 出， ， ４ 将填料 与聚合物 混合可 以降低 声、振动和 冲击源所产 生的噪声 ， 得材料 具有优异 的 所 本体吸声性 能 。Ｏ ｕ ａ ａ ｌ ｋ ｄ ｒ ｔ等所 设计 的粉末层和 多孔吸 ｉＳ 声材料 （ 聚氨酯 泡沫 板 ）构成 的多层结构 ，在低 频范 围 内获得高的吸 收峰。以上研 究表明 ，设计合理 的复合材 料 结构 形式 ，使吸声机制得 到合理 匹配 ，能够显 著提高 涂层 的吸声性能 ，拓 宽吸声频带 。 由 Ｏ Ｎ （ 国国立橡树 岭实验所 ）生产的碳。 Ｒ Ｌ 美 石 墨泡沫 ［，其特殊 的结构 使得这种材料 比玻璃纤 维的热 ６ 】 传导效应 高，在 ｌＨ ｋ ｚ以上具有优 良的吸声性 能。 通过聚氨 酯材料 内界面 的增加 、 弹 内阻尼 以及 填 粘 料阻抗 的合理 匹配 ， 有望 合成结构 性水下吸声涂层 。 本 研 究中合成 了 以聚氨酯为基体 ，石 墨为填料 ，带微孔 的 聚氨酯基涂层 。涂层 的吸声性能测试表 明，该涂层具有 优越 的吸声性 能， 随着 水压增加 ， 涂层 的吸 声系 数增加 ， 水压 为 ３ ａ ，平均 吸声系数达 ８ ．％。由于该涂层 ＭＰ 时 ７６ 吸声性能优 良，在 室温 下固化 ，并可任意厚涂 ，在水声 隐身 方面有 非常好的应用潜 力。
吸声结构的吸声性能研究
吸声结构的吸声性能研究吸声结构的吸声性能研究播雨回进1. 前言吸声处理是用吸声材料和由其组成的吸声结构降低房间混响声的技术方法。
当声波入射到墙上时，如果墙上做了吸声处理，则由墙上反射回来的声波能量会降低。
声波穿过多孔材料时，由于力学滞后现象和内摩擦作用，声能下降变为热能，这就是吸声机理。
2. 吸声结构及其影响因素通常的吸声结构包括两种形式，一种是共振型，一种是非共振型，对于后者，应当是单层的多孔吸声材料。
弄清吸声结构的频率特性是吸声设计的重要依据，频率特性与多孔材料、护面材料、穿孔率、填充情况、空气层等多种因素有关。
单纯增加材料厚度来提高低频吸声的方法，有时受工艺或空间限制而不能实现，这时就应当把材料离开刚性墙一定距离，材料厚度的中心位置离开墙的距离等于λ/4（λ为波长），此时吸声系数最大。
如果已知机器的噪声频谱，正确安装吸声材料可保证最大的吸声效果。
在多孔材料表面铺设平板或穿孔板，就形成平板式或穿孔板共振吸声结构，这种结构对提高中低频吸声会有效果。
如果在材料表面进行涂层，哪怕是厚度为０.1-1.5mm，都会影响吸声效果[3]。
3. 吸声系数与穿孔率的关系当在多孔材料外面覆盖穿孔护面板时，声阻抗会发生变化，形成共振特性。
单位面积上的孔与板的比率叫穿孔率，穿孔率对吸声性能影响很大。
研究表明合理的穿孔率应该在10-20%。
吸声的频率特性与穿孔率有关，穿孔率低时，吸声向低频移动。
而在高频出现降低的趋势[3]。
工业上常用金属穿孔板做护面层，以保护吸声材料不被破坏。
最常用的有镀锌穿孔板，铝合金穿孔板，塑料穿孔板，石棉穿孔板，胶合板穿孔板等等。
图1给出了6mm厚穿孔胶合板的吸声系数与穿孔率、吸声材料厚度的关系[3]。
图2给出了4mm厚穿孔塑料板，穿孔直径为Φ5mm，充填50mm厚的多孔吸声材料，实验在不同空气层厚度时的吸声特性[3]。
由图1和图2可知，随着空气层厚度的增大和穿孔率降低，吸声系数向低频移动。
4. 薄板共振吸声结构当在多孔材料（或空气层）外面覆盖一定厚度的平板时，就形成薄板共振吸声结构。
聚氨酯水声吸声材料的体系探讨及其吸声结构的研究进展
图 1 典型聚氨酯阻尼材料的应力应变曲线
2 2 聚氨酯水声吸声材料的体系
聚氨酯工业
第 24 卷
的三元 醇和醇 胺主要 有三羟 甲基 丙烷 ( T M P )、 甘 油、 乙醇胺 、 二乙醇胺 、 三乙醇胺 、 三异丙醇胺 、 N, N2 双 (2 2 羟丙基 )苯胺等 。 当用聚醚二醇作为软段 , T D I和 MD I相比 ,MD I 反应活性较大 ,一般用醇做扩链剂 , T D I反应活性相 对较低 ,用胺做扩链剂 , 生成氨基脲 , 工艺性比 MD I 好 ,因此可以选用 T D I和聚醚二醇作为聚氨酯水 声材料的合成原料。 选择适当的扩链剂 , 可以在主链中引入特定的 链段 , 从而调整聚合物的阻尼适用温域和阻尼损耗 因子 。二异氰酸酯可以和二元胺扩链剂构成含有脲 基的刚性链段 ,由于脲基的内聚能很大 , 极易形成塑 料微区 ,由这种刚性链段构成的聚氨酯极易发生微 相分离 ,MOCA 是二胺 类的代表 , 所以 一般选用 MOCA 作为聚氨酯弹性体的扩链剂 。但用到 MOCA 时 , 需要高温固化才能有较好的 吸声 性能。 T D I和 二醇扩链生成的刚性链段在聚氨酯聚集态中 ,难以 形成塑料微相区 , 不发生微相分离 ,影响了所合成材 料的阻尼性能和吸声性能 ;而由 MD I和 1, 42 丁二醇 扩链反应构成的刚性链段 , 由于苯环数目的增加 ,刚 性链段比较长 , 能形成塑 料微区 , 可 以产生微相分 离 [ 2 ] 。所以 , 在扩链剂的选择上也要综合考虑各原 料的反应特性 ,这样才能得到吸声性能更好的高分 子材料 。 2. 3 聚氨酯材料中支链的设计与引入 聚氨酯主链上侧基的种类及其数目对材料阻尼 性能的影响是很显著的 ,适当侧基的引入 , 可以进一 步增加内耗 , 加强对声波和振动能量的衰减和吸收 , 提高材料的阻尼性能 [ 9 ] 。 聚氨酯阻尼材料阻尼能力的大小和其分子结构 及使用温度 、 频率等密切相关 。而主链分子上较多 数目的大侧基 、 强极性取代基都会使链段运动的内 摩擦增加 ,阻尼能力增强 [10 ] 。 在主链上引 入大体积 的侧基 (如苯 环等基团 ) 后 , 可以破坏主链的结晶度 , 少量庞大侧基的引入 , 往往可以明显地改善阻尼性能 [ 11 ] 。另外 ,侧基的引 入可以改变链间的内摩擦而影响主链的运动 ,长的 侧链可使聚氨酯的阻 尼性 能提高
水下目标吸声材料和结构的研究
第５期
石勇等： 水下目标吸声材料和结构的研究综述
５０７
料， 虽然其价格稍贵、水容性差， 但其具有优异的水 下吸声性能和极强的分子结构， 在声学有可设计性， 将成为未来水下吸声材料研究的主要方向。
３ 水下目标吸声结构的研究与应用
吸声结构的表面等效阻抗应与周围水介质的阻 抗匹配， 并且要尽量增加材料的声能损耗， 这样才能 减少声能的第一次和第二次反射， 如图 １ 所示。图 中 Ｒ１ 通过吸声材料与海水的声阻抗匹配减少， Ｒ２ 通过吸声材料内部损耗减少。
５０６
声
学
技
术
２００６年
尼损耗。弹性弛豫过程的吸声机理是： 弹性吸声材 料会变形， 主要是由于每个分子由球形变为椭圆形， 而分子链本身并无变化， 这种变形的特征是有明显 的弹性滞后现象， 即分子链由原来各链段紊乱排列 的球形构象， 向各链段接近同向排列的构象过渡需 要一个过程， 而使一个分子链的各链段完全进入与 外力大小相应的新构象分布时， 需要更长的时间。 同理， 除去外力作用时恢复原状也需要一个过程。 在这一过程中， 变形落后于应力的变化， 使得声能转 变为热能而损耗。通过对吸声材料分子结构进行设 计， 可以达到增加粘性内摩擦和弛豫吸收的目的。 ２．２ 水下吸声材料分子结构的声学设计
互穿网络 （ 聚合物 ＩＰＮ） ［１６， １７］ 是一种新型的高阻 尼材料， 交联网络之间的相互贯穿、缠结而产生强迫 互溶和协同效应， 使 ＩＰＮ 材料具有宏观上的不分相 和微观上的相分离的特点， 相容性大大提高， 制备的 阻尼材料具有宽温域和宽频域。目前 ＩＰＮ 高阻尼材 料主要有聚氨酯／环氧树脂 ＩＰＮ 和聚氨酯／乙烯基聚 合物 ＩＰＮ 两种聚氨酯互穿网络聚合物。
单一材料的阻尼温域窄， 通过共聚和共混的方 法连接多个阻尼材料组分的玻璃化转变温度（ Ｔｇ） ， 从而实现材料的宽温域、高阻尼。文献［ １３］ 制备了
水下目标吸声材料和结构的研究
声学技术 Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ
Ｖｏｌ．２５， Ｎｏ．５ Ｏｃｔ．， ２００６
水下目标吸声材料和结构的研究
石 勇， 朱 锡， 李永清， 李海涛
（ 海军工程大学船舶与海洋工程系， 武汉 ４３００３３）
摘要： 全面了解和掌握水下吸声材料及结构在应用频率范围内其不同温度、压力等环境下的声学性能 ， 对于水下目
关键字： 吸声材料； 声学机理； 高分子结构； 吸声结构
中图分类号： Ｏ４２７
文献标识码： Ａ
文章编号： １０００－３６３０（ ２００６） －０５－０５０５－０８
Ｏｖｅｒ ｖｉｅｗ ｏｆ ｎｅｗ ｍａｔｅｒ ｉａｌｓ ａｎｄ ｓｔｒ ｕｃｔｕｒ ｅｓ ｆｏｒ ｕｎｄｅｒ ｗａｔｅｒ ｓｏｕｎｄ ａｂｓｏｒ ｐｔｉｏｎ
５０６
声
学
技
术
２００６年
尼损耗。弹性弛豫过程的吸声机理是： 弹性吸声材 料会变形， 主要是由于每个分子由球形变为椭圆形， 而分子链本身并无变化， 这种变形的特征是有明显 的弹性滞后现象， 即分子链由原来各链段紊乱排列 的球形构象， 向各链段接近同向排列的构象过渡需 要一个过程， 而使一个分子链的各链段完全进入与 外力大小相应的新构象分布时， 需要更长的时间。 同理， 除去外力作用时恢复原状也需要一个过程。 在这一过程中， 变形落后于应力的变化， 使得声能转 变为热能而损耗。通过对吸声材料分子结构进行设 计， 可以达到增加粘性内摩擦和弛豫吸收的目的。 ２．２ 水下吸声材料分子结构的声学设计
文献［ ８］ 解释了丁基橡胶的分子结构与阻尼性 能的关系： 丁基橡胶是异丁烯和少量异戊二烯的共 聚物 ， 其 中 聚 异 丁 烯 组 分 在 ９７％以 上 ， 正 是 由 于 聚 异丁烯结构中致密的侧甲基的作用， 使得丁基橡胶 具有优异的阻尼性能。文献［ ９］ 通过自由基聚合在 丁基橡胶主链上接第二种聚合物的支链聚甲基丙烯 酸甲酯， 拓宽了阻尼峰值。文献［ １０， １１］ 研究了聚氨 酯 分 子 链 的 侧 基 的 数 量 、接 枝 链 和 扩 链 剂 对 声 学 损 耗的影响。可见， 增加主链的长度、侧基数量和体积， 增大了分子运动链段变形的阻力和弛豫效果， 从而 加大了声损耗。
水下消声覆盖层吸声机理的研究
哈尔滨Ｉ：程人号’硕士学位论文国海军“洛杉矶”级核潜艇上ＢＱＱ一５型声纳系统发现俄潜艇的距离相对缩短２５％～５０％左右，而美海军ＭＫ４６型鱼雷的主动卢呐的探测距离减小到５０％以上。
安装消声层的前苏联核潜艇可以在距“洛杉矶”级近３０００米的距离发起攻击，而这时“洛杉矶”级还处于无目标状态。
随着水下消声覆盖层技术在潜艇上的广泛应用，人们发现水下消声覆盖层还能抑制艇体振动，隔离内部噪声向外辐射，降低本艇自噪声，改善本艇声纳的工作条件，使本艇的声纳工作距离获得较大的提高。
这主要是水下消声覆盖层具有去耦功能，即去耦材料使艇体与周围海水之间的阻抗不匹配，减小了艇体向远场辐射的噪声量。
外界对俄罗斯的“阿库拉”级核潜艇的水下消声覆盖层的总体评价是：“既能吸收敌方声纳发射的声波能量，又能吸收艇壳振动的辐射能量。
”当然这需要‘定的设计水平才能实现。
但是，一种水下消声覆盖层难以同时具备良好的吸声和隔声性能，而且低频吸、隔声性能难以满足使用要求。
要使潜艇在所有方向，各个频段上的反射声波都很弱是极其困难的，但是在主要方向、某个频段上声波反射减弱是可行的。
因此为了最大程度地发挥消声层的作用，最大限度地降低潜艇的声信号特征，针对特定的频段和压力研制出了具有不同功能的消声层。
俄罗斯核潜艇耐压壳体外表面、非耐压壳体的内表面和外表面均敷设有不同功能的消声层。
简而言之，水下消声覆盖层具有吸声、隔声、抑振等多种功能，可有效降低潜艇自噪声和声目标强度，是提高潜艇隐蔽性的主要装备。
图１．１铺上消声覆盖层的潜艇外观水下消声覆盖层技术主要包括消声覆盖层本体技术、安装技术以及与哈尔滨工程大学硕士学位论文各种介质材料参数数值如表２．１，水与钢板（双层）作为背衬。
以下各图若未特殊说明，均采用表２．１中所用参数。
为便于观察低频的吸声效果，横坐标采用对数坐标。
计算频率从５００Ｈｚ到３０ｋＨｚ，吸声层前面介质为水。
背衬为空气，单双层壳体后也为空气，空气背衬可近似真空，当作绝对软背衬处理，即声压为零。
水下隔声去耦覆盖层的研究
界上第 一种用于实艇 的消声瓦 。 苏联继承和 改进 了这 前
种 合 成 橡 胶 防 声 材 料 ， 成 了技 术 先 进 的 种 类 丰 富 的 消 形
声瓦 ，其基体材 料主要是丁苯 橡胶和 聚丁二烯橡胶 。英
国在潜艇 上应用 的消 声瓦的基体材料 是聚氨酯材料 ， 并 且据相关 报告英 国海 军 已将该技术 投入工程应用 。 美国 的 消声 瓦采用 由聚 氨脂 和玻 璃 纤维 组成 的双层 铝板 固
特 性阻抗 失配并有大 的衰 减。 理想 的隔声去耦覆盖层应
１ 引 言
随着现代 声纳 的 日趋 完善 ， 能优 良的先进探 测声 性
纳投入使用并 不断更新 ， 尤其 是主动 声纳作用距 离以及 定 向精度 的迅速提 高 ， 潜艇 的暴露率大 幅度 提高 ，生 使 存 力和战斗力受 到严重威胁 。 了提高潜 艇的 隐蔽性 和 为
化 、线 型优化、精心 设计潜艇 的浮体 、研 制低噪声螺旋 桨 等 降低流体噪 声，通过 改进各 种机械设备 性能 、 取 采 各种 减振措施来 降低 设备 的振 动噪 声， 还采取 各种 声学 覆 盖层等技术来控制 结构噪 声的声辐射 。 其中在潜艇 艇 体 耐压 壳外表 面贴 敷 隔声 去耦 覆 盖层 是 国内外发 展起 来 的降噪新技术 ，它可 以抑 制舰体 结构的振动 ，隔离 内 部噪 声向外辐 射 ， 量减少对 敌方被动 声纳的反射 ，从 尽 而减 少 自身的 目标反射 强度 ， 增加 潜艇 的隐蔽性和 安静 性。 本文通过对 国 内外 隔声去耦去 耦覆盖层研究 的相关 内容进行分 析，从 作用机 理 、基 体材料 、结构研究 、理
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
水下隔声机理的教学方法与应用研究
水下隔声机理的教学方法与应用研究以水下隔声机理的教学方法与应用研究为题，本文将从以下几个方面进行阐述：水下隔声机理的概述、教学方法、应用研究以及未来发展趋势。
一、水下隔声机理的概述水下隔声是指在水下环境中，通过特定的方法和技术来减少声波传播和传递的过程。
水下环境中声波传播的特点是声速较高、衰减较大、传播路径复杂等。
水下隔声机理主要包括反射、折射、散射和吸声等过程。
了解水下隔声机理对于开展相关的教学和应用研究具有重要意义。
二、水下隔声机理的教学方法1. 理论讲解：通过课堂讲解的方式，向学生介绍水下隔声的基本概念、原理和相关参数，包括声速、吸声材料的选择和设计等内容。
2. 实验教学：通过实验室实验，让学生亲自进行水下隔声的实验操作，了解不同材料和结构对声波传播的影响，培养学生的实践能力和科学研究的思维方式。
3. 数值模拟：利用计算机软件对水下隔声进行数值模拟，模拟声波在不同介质中的传播规律和隔声效果，帮助学生深入理解水下隔声机理。
4. 综合实践：结合实际工程项目，让学生参与水下隔声系统的设计和实施，通过实践锻炼学生的综合能力和解决问题的能力。
三、水下隔声机理的应用研究1. 深海探测：水下隔声技术在深海探测中具有重要应用价值。
通过降低声波传播的干扰，提高深海声纳探测的准确性和可靠性。
2. 水下通信：水下隔声技术可以应用于水下通信系统，通过减少背景噪声和提高信息传输的保密性和可靠性。
3. 水下建筑：水下隔声技术可以应用于水下建筑，减少声波对建筑结构的影响，提高建筑的安全性和稳定性。
4. 水下交通：水下隔声技术可以应用于水下交通工具，减少噪音污染，提高交通工具的舒适性和安全性。
四、水下隔声机理的未来发展趋势1. 新材料的研发：随着科技的发展，新型吸声材料的研发将成为水下隔声技术的重要方向，如新型聚合材料、纳米材料等。
2. 智能化技术的应用：随着智能化技术的不断进步，水下隔声系统将越来越智能化，能够自动感知环境噪声，并实时调整隔声效果。
Alberich型吸声覆盖层的低频吸声机理分析
ｅ ｃ ｔｄ ｉ ａ ｅ ｏ ｏｍ ａ ｎ ｉ ｎ ｅ，ａ ｄ ｔ ｘｓ ｍｍｅｒｃ ｗａ ｅｗｉ ｈｅｌ ｗｅ ｔｏｄ ｒ ｘ ｉ ｎ ｃ ｓ ｆｎ ｒ ｌｉ ｃｄｅ ｃ ｅ ｎ ｈｅａ ｉｙ ｔｉ ｖ ｔ ｔ ｏ ｓ ｒ ｅ ，ｗｈ ｃ ｅｅ ｍ ｉｅ ｈ ｏ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ｈ ｉｈ ｄ ｔｒ ｎ ｓｔ ｅ ｌｗ— ｑ ｅ ｃ ｒ
ｒ ｕｎｙｏ ｔｅｃａｎ ， ａ ｒｈｎｉ ｓｎｎ ｆ ｑｅｃ ； ｈ ｌ ｅｔ ｅｋｆ ｑｅｃ ｆ ｓｒｔｎｃｅ ｉ ｆｑｅｃ ｆｈ ｏｔ ｇ ｒｔｅ ａ ｓｅｏａｔ ｅｕｎｙ ③ ｔ ｗ ｓｐａ ｅｕｎｙｏ ｂｏｐｉ ｏｆｃｅｔｎｔｅ ｅ ｉ ｈ ｔ ｔｒ ｒ ｅｏ ｒ ａ ｏ ｉ ｎｉ ｈ
ｏ ｅｓｕ ｄ ａｓｒｔ ｎ ａ ｌ －ｅ ｕｎ ｙ ｉｃ ｄ ｈｔ ｆ ｈ ｏｎ ｂｏ ｉ ｔ ｏ ｆ ｑ ｅｃ ｎ ｌ ｅ ｔａ：① ｔｅｃａｉｇｒｓｎｎ ｅ ｉ ｒｆｒ ｄ ｔ ａ ｈ ｅｏａ ｃ ｆａ ｔ ｐ ｏ ｗｒ ｕ ｈ ｏｔ ｅｏ ａｃ ｓ ｅ ｒ ｏ ｓｔｅ ｒｓｎ ｎｅ ｏ ｎ ｅｅ ｖ ｃｅ ｓｃ ｃｌ ｄｉ ｌｔｂ ；② ｔｅ ｐ ａ ｅｕ ｎ ｙ ｏ ｂｏ ｔ ｎ ｃｅ ｉｉ ｔｉ ｃｒ ｓｏｄｎ ｏ ｔｅ ａ ｔｒｓｎ ｎ ｉ ｏｌ ｔ ｙ ｎ ｒ ａ ｕ ｅ ｓ ａｉ ｉ ｃ ｈ ｅ ｋ ｆ ｑ ｅｃ ｆａ ｓｒ ｉ ｏｆｃ ｎ ｓ ｏｒ ｐｎ ｉｇ ｔ ｈ ｎｉｅｏａ ｔ ｒ ｐ ｏ ｆ ｅ ｅ —
振
第 ３ ０卷第 １期
动
与
冲
击
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＶＩ ＢＲＡＴ ＯＮ Ｉ ＡＮＤ ＨＯＣ Ｓ Ｋ
Ａｌｅｉｈ型 吸 声 覆 盖 层 的 低 频 吸 声 机 理 分 析 ｂｒ ｃ
陶 猛 ，汤 渭 霖
水下吸声覆盖层结构及吸声机理研究进展
第31卷第8期2009年8月舰 船 科 学 技 术SH I P SC I E NCE AND TECHNOLOGY Vol .31,No .8Aug .,2009水下吸声覆盖层结构及吸声机理研究进展罗 忠1,朱 锡1,林志驼2,王卫忠2(1.海军工程大学船舶与动力学院,湖北武汉430033;2.海军92143部队,海南三亚572021)摘 要: 经过50多年的发展,尤其是近20年中,在水下目标声隐身背景需求的促进和推动下,以吸声覆盖层为主要研究对象的声隐身结构研究,已经建立了完整的理论框架。
本文将目前国内外主要的吸声覆盖层结构分为粘弹性复合吸声结构、周期散射复合吸声结构、孔腔谐振吸声结构等,比较了各种吸声覆盖层的结构形式对吸声性能的影响,并从吸声机理出发,分析了各种吸声覆盖层结构的主要研究方法,最后展望了我国水下吸声覆盖层结构及吸声机理研究的趋势。
关键词: 声隐身;吸声覆盖层;粘弹性;散射;谐振中图分类号: T N91117 文献标识码: A文章编号: 1672-7649(2009)08-0023-08 DO I:1013404/j 1issn 11672-7649120091081002A rev i ew of underwa ter anecho i c coa ti n g structure and absorpti on theor i esLUO Zhong 1,ZHU Xi 1,L IN Zhi 2tuo 2,WANG W ei 2zhong2(1.College of Naval A rchitecture and Power,Naval University of Engineering,W uhan 430033,China;2.Unit 92143,P LA,Sanya 572021,China )Abstract: The require ments of under water acoustic stealth technique had p r omoted the research on under water anechoic coating structure for recent 50years .Accordingly,a comp rehensive theoreticalf oundati on had been f or med f or the passed 20years .This paper su mmarized the main structure and valuable results of under water anechoic coating .More s pecifically,it classified the main structure int o vis oelastic composite abs or p ti on structures,cycle scattering composite abs or p ti on structures,cavity res onant abs or p ti on structures .The effect of structure for m t o abs or p ti on p r operties was compared .The under water anechoic coating structures and abs or p ti on theories were analyzed .I n the end of this paper,it p r os pected the feature research trend on this t op ic in our country .Key words: acoustic stealth;anechoic coating;viscoelastic;scattering;res onant收稿日期:2009-02-10;修回日期:2009-03-10基金项目:国家973重大基础研究基金资助项目(51335020101);国防重点预研基金资助项目作者简介:罗忠(1982-),男,博士研究生,主要从事水下声隐身材料与结构研究工作。
水声覆盖层低频耦合吸声机理及调控规律研究
第29卷第6期 水下无人系统学报 Vol. 29 No.62021年12月 JOURNAL OF UNMANNED UNDERSEA SYSTEMS Dec. 2021收稿日期: 2021-03-17; 修回日期: 2021-04-07.作者简介: 王佳蓓(1997-), 女, 在读硕士, 主要研究方向为振动与噪声控制.[引用格式] 王佳蓓, 周浩. 水声覆盖层低频耦合吸声机理及调控规律研究[J]. 水下无人系统学报, 2021, 29(6): 775-781.水声覆盖层低频耦合吸声机理及调控规律研究王佳蓓, 周 浩(海军工程大学 兵器工程学院, 湖北 武汉, 430033)摘 要: 水声覆盖层对于水下航行器声隐身性能的影响重大。
为增强水声覆盖层的低频吸声性能, 基于有限元法建立了局域共振结构内嵌到空腔型覆盖层中的复合模型, 研究了其在10~2 000 Hz 频段内的吸声性能, 采用局域共振理论分析复合模型中薄膜质量块的结构振型, 结合复合模型中空腔型覆盖层的振动位移云图分析了复合模型的吸声机理。
此外, 通过调整模型的几何参数, 得到影响吸声性能变化的规律。
研究结果表明: 1) 空腔型覆盖层与局域共振结构的耦合可提高低频吸声效果, 拓宽吸声频带; 2) 复合结构的吸声机理为, 下半部分空腔变形实现纵波向横波的转化, 局域共振结构的向上振动消耗声能, 二者共同作用, 提高吸声系数; 3) 耦合产生的吸声峰, 其峰值主要随覆盖层损耗因子的增大而增大, 其频率主要随薄膜面积的增大而向高频移动。
研究结果可为声学覆盖层的设计提供理论依据。
关键词: 水声覆盖层; 低频耦合; 局域共振; 振动位移; 吸声中图分类号: TJ630.1; TB566 文献标识码: A 文章编号: 2096-3920(2021)06-0775-07 DOI: 10.11993/j.issn.2096-3920.2021.06.019Low Frequency Coupling Sound Absorption Mechanism and RegulationLaw of Underwater Acoustic CoatingWANG Jia-bei , ZHOU Hao(College of Weaponry Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China)Abstract: The underwater acoustic coating has a significant influence on the acoustic stealth performance of underwater vehicles. To enhance the low-frequency sound absorption performance of the underwater acoustic coating, a composite model with a local resonance structure embedded into the cavity-type coating is established based on the finite element method, and its sound absorption performance is studied in the 10-2 000 Hz band. The structural vibration mode of the film quality of the composite model is analyzed using local resonance theory. The sound absorption mechanism of the composite model is analyzed in combination with the vibration displacement contour of the cavity-type coating. In addi-tion, by adjusting the geometric parameters of the model, the law affecting the change in sound absorption performance is obtained. The results show that: 1) the coupling between the cavity-type coating and the local resonance structure can improve the low-frequency sound absorption effect and widen the sound absorption band; 2) the sound absorption mechanism of the composite structure is as follows: the cavity in the lower part deforms to realize the transformation of P-wave to S-wave and the upward vibration of the local resonance structure consumes sound energy, which work to-gether to improve the sound absorption coefficient; 3) the sound absorption peak generated by coupling mainly increases with the increase in the loss factor of the coating, and the frequency of the sound absorption peak mainly moves to a high frequency with an increase in the film area.Keywords: underwater acoustic coating; low frequency coupling; local resonance; vibration displacement; sound ab-sorption. All Rights Reserved.2021年12月水下无人系统学报第29卷0 引言水声覆盖层是敷设在潜艇等水下航行器表面一层或多层由橡胶或聚氨酯等高分子材料组成的声学覆盖层, 用于吸收敌方主动声呐发出的探测声波, 提高水下航行器的声隐蔽性[1], 因此, 其吸声性能是影响水中兵器战斗能力的决定性因素之一。
含螺旋结构的水下声学覆盖层吸声特性研究
含螺旋结构的水下声学覆盖层吸声特性研究
何川;应童;陶猛
【期刊名称】《噪声与振动控制》
【年(卷),期】2024(44)3
【摘要】设计一种含圆柱空腔和金属螺旋结构的水下声学覆盖层,该覆盖层在565~5000Hz频率范围内平均吸声系数在0.85以上,具有带宽、吸声性能强的特点。
通过有限元法分析该覆盖层的位移变化特点以及结构几何参数对吸声性能的影响,结果表明:金属螺旋结构的引入使基体橡胶产生反向运动(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,从而消耗入射声波能量并有效提升吸声性能。
叶片宽度、空腔半径、螺旋阶数的增加使得吸声峰向低频移动,但整体吸声性能会随之下降。
【总页数】6页(P50-55)
【作者】何川;应童;陶猛
【作者单位】贵州大学机械工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】O427.1
【相关文献】
1.双层结构敷设声学覆盖层的吸声特性研究
2.吸声尖劈对板柱组合结构水下声学特性影响的试验研究
3.含圆台型空腔的声学覆盖层吸声特性研究
4.水下吸声覆盖层结构及吸声机理研究进展
5.含椭圆柱型空腔的声学覆盖层的吸声特性研究
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第31卷第8期2009年8月舰 船 科 学 技 术SH I P SC I E NCE AND TECHNOLOGY Vol .31,No .8Aug .,2009水下吸声覆盖层结构及吸声机理研究进展罗 忠1,朱 锡1,林志驼2,王卫忠2(1.海军工程大学船舶与动力学院,湖北武汉430033;2.海军92143部队,海南三亚572021)摘 要: 经过50多年的发展,尤其是近20年中,在水下目标声隐身背景需求的促进和推动下,以吸声覆盖层为主要研究对象的声隐身结构研究,已经建立了完整的理论框架。
本文将目前国内外主要的吸声覆盖层结构分为粘弹性复合吸声结构、周期散射复合吸声结构、孔腔谐振吸声结构等,比较了各种吸声覆盖层的结构形式对吸声性能的影响,并从吸声机理出发,分析了各种吸声覆盖层结构的主要研究方法,最后展望了我国水下吸声覆盖层结构及吸声机理研究的趋势。
关键词: 声隐身;吸声覆盖层;粘弹性;散射;谐振中图分类号: T N91117 文献标识码: A文章编号: 1672-7649(2009)08-0023-08 DO I:1013404/j 1issn 11672-7649120091081002A rev i ew of underwa ter anecho i c coa ti n g structure and absorpti on theor i esLUO Zhong 1,ZHU Xi 1,L IN Zhi 2tuo 2,WANG W ei 2zhong2(1.College of Naval A rchitecture and Power,Naval University of Engineering,W uhan 430033,China;2.Unit 92143,P LA,Sanya 572021,China )Abstract: The require ments of under water acoustic stealth technique had p r omoted the research on under water anechoic coating structure for recent 50years .Accordingly,a comp rehensive theoreticalf oundati on had been f or med f or the passed 20years .This paper su mmarized the main structure and valuable results of under water anechoic coating .More s pecifically,it classified the main structure int o vis oelastic composite abs or p ti on structures,cycle scattering composite abs or p ti on structures,cavity res onant abs or p ti on structures .The effect of structure for m t o abs or p ti on p r operties was compared .The under water anechoic coating structures and abs or p ti on theories were analyzed .I n the end of this paper,it p r os pected the feature research trend on this t op ic in our country .Key words: acoustic stealth;anechoic coating;viscoelastic;scattering;res onant收稿日期:2009-02-10;修回日期:2009-03-10基金项目:国家973重大基础研究基金资助项目(51335020101);国防重点预研基金资助项目作者简介:罗忠(1982-),男,博士研究生,主要从事水下声隐身材料与结构研究工作。
0 引 言潜艇的最大特点就在于它具有隐蔽性与突发攻击能力,降低潜艇的声目标强度将减小敌方发现我艇的距离,提高我艇的生存能力,目前主要采用在潜艇壳体上敷设吸声覆盖层结构来降低声目标强度。
经过半个多世纪的发展,水声吸声材料的研究已取得了丰硕的成果,以橡胶类和聚氨酯类为基体的水声吸声材料研究日益成熟,内耗大、阻尼性能好的高分子材料发展为吸声覆盖层提供了更广阔的选材空间,如丁基橡胶、聚氨酯橡胶、互穿聚合物网络等。
当声波通过高分子材料覆盖层时,会将能量传递给大分子链段,引起大分子链段的相对运动,分子链间产生内摩擦将入射声能转化为热能而吸收。
随着潜艇巡航深度的增大和声呐探测技术的不断发展,对潜艇的声隐身技术提出了新的挑战,水下吸声覆盖层结构正朝着耐压、低频和宽频段吸收的方向发展[1]。
对单一均质材料而言,由于阻抗匹配的舰 船 科 学 技 术第31卷要求与增大材料对声能的损耗之间存在矛盾,同时吸声覆盖层结构尺寸受到潜艇排水量等因素的限制,粘弹性材料的弛豫吸收远不能满足各种工程应用的需要,因此必须在吸声覆盖层内部引入声学结构,保证与水阻抗匹配的同时,增强材料对入射声波的衰减效果。
目前,吸声覆盖层结构研究的频率范围从声波波长近似等于结构尺寸的低频段(几百Hz)延伸到声波波长远小于结构尺寸的高频段(几十kHz)。
能量转换形式包括声能直接到热能的转换,声能到动能再到热能的转换,声能到电能再到热能的转换等;吸声机理包括粘弹性损耗吸声、周期散射吸声、波型转换吸声、低频谐振吸声、压电吸声等;衍生出的吸声覆盖层结构有阻抗渐变吸声结构、夹芯复合吸声结构、微粒复合吸声结构、耐压复合吸声结构、声学晶体、孔腔谐振吸声结构、微穿孔吸声结构及压电复合吸声结构等。
有关吸声覆盖层结构的声学性能的研究方法有解析法、有限元法和试验法。
解析法的优点是物理意义十分明确,便于分析其物理本质,但只能针对特定的声学结构,不能计算复杂的水下结构;有限元分析方法,可以计算相对复杂的结构,但物理意义不太明确;理论和试验相结合的混合法,可以得到较好的结果,但研究成本相对较高。
本文系统概述了国内外水下吸声覆盖层结构的研究和应用情况,重点回顾了几种典型水下吸声覆盖层结构的吸声机理,并对未来的发展进行了预测。
1 粘弹性复合吸声结构及吸声机理对单一均质材料而言,根据无限厚均匀弹性体吸声材料声学理论分析,声波在界面的反射系数可表示为:r=η2/4/4+η2/4≈η/4。
(1)其中,r为反射系数;η为材料损耗因子。
可见要求水下吸声材料的特性声阻抗接近水的声阻抗以实现阻抗匹配,同时又具有较大的损耗因子,对吸声材料要满足这2个条件是矛盾的。
因为材料的反射系数随损耗因子的增加而上升,损耗越大,则反射系数也越大。
研究表明,为了达到上述目的,必须在材料内部加入声学结构,一方面保证与水的阻抗接近匹配,另一方面增强覆盖层吸声效果,目前研究和应用最广泛的粘弹性复合吸声结构是阻抗渐变吸声结构和夹芯复合吸声结构,它们的声学性能受水压变化的影响较小。
111 粘弹性复合吸声结构阻抗渐变吸声结构解决了高损耗材料阻抗不匹配时的强反射和采用小损耗覆盖材料但需要很厚的问题。
对于阻抗渐变吸声结构,如何进行阻抗梯度的设计是关键,吸声结构的表面等效阻抗应与周围水介质的阻抗匹配,并且要尽量增加材料的声能损耗,这样才能减少声能的第一次和第二次反射。
Emery[2]对水下吸声材料进行的研究中指出:在高频时,阻抗匹配可以减小反射系数;低频时,通过采用不同厚度、阻抗的多层结构,可以解决因各层界面反射波的干涉而出现反射峰值的问题,如图1所示;也可采用各层填料或空气含量逐渐变化来实现阻抗的多层渐变,达到减小反射的目的,如图2所示。
Beretil等人[3]研究了在去耦涂层上面覆盖一层吸声涂层而制成的双层涂层,在不增加吸声材料厚度的情况下,能极大提高材料的低频吸声性能。
Forest[4]选用粒度为80μm 和315mm的二氧化硅气凝胶颗粒,并制成含阻抗匹配层和吸声层的双层吸声结构,研究结果表明,在低频范围内其吸声性能要高于相同厚度的均匀结构。
国内也对梯度高分子材料在不同厚度及梯度阻抗情况下的声衰减效果进行了大量的研究。
关于纤维增强复合材料在潜艇声隐身结构中的应用,在国外已有30多年的历史,应用部位也由原来的舵、翼等附体结构,发展到了潜艇非耐压壳体等主要结构上[5]。
利用比强度高、比刚度高、透声性能好、振动阻尼性能好、成型工艺简单的纤维增强复合・42・ 第8期罗 忠,等:水下吸声覆盖层结构及吸声机理研究进展材料表层和吸声高分子芯材制成的夹芯复合吸声结构,可以代替原有的“钢结构+吸声覆盖”的吸声结构[6-7],已成为未来水下目标声隐身结构的发展趋势,其中吸声芯材还可根据需要设计为多层形式。
这种夹芯结构具有优异的振动阻尼和吸声性能,同时其力学性能可根据水下结构的承载在内部设计支撑,如图3示。
文献[6]对类似的夹芯材料结构形式进行了介绍,指出通过合理选择内部吸声芯料及各层的配置优化,可以同时获得良好的吸声性能和力学性能,这种夹芯复合吸声结构可直接代替钢结构作为水下目标壳板,改变了钢板外面敷设吸声覆盖层的传统吸声结构,从根本上解决了覆盖层脱落的问题。
1988年美国在“洛杉矶”级攻击型核潜艇上首次敷设了由玻璃纤维和聚氨脂组成的双层铝板固定式吸声结构,吸声效果非常明显。
图3 带骨架的夹芯复合吸声结构Fig 13 Sand wich abs or p ti on structure with frame work阻抗渐变复合吸声结构应用广泛,由于其结构形式简单,工艺成形性好,可通过结构的优化设计而获得较好的吸声效果。
如在夹芯复合吸声结构中的芯材采用阻抗渐变设计,既可以应用于声学硬背衬的非耐压壳体、可拆板,也可以替代声学软背衬的舵、稳定翼、指挥台围壳等的壳板结构,从而实现承载和隐身的一体化。
但由于壳板厚度一定,还必须通过内部孔腔结构的设计而改善低频吸声性能。
112 粘弹性复合吸声结构吸声机理粘弹性复合吸声结构对声波的损耗作用主要是通过材料的粘性内摩擦作用和弹性弛豫过程完成的。
粘性内摩擦作用是指阻尼损耗。
弹性弛豫过程是指在声波作用下,吸声材料会变形,主要是每个分子由球形变为椭圆形,而分子链本身并无变化,这种变形的特征是有明显的弹性滞后现象,即分子链由原来各链段紊乱排列的球形构象,向各链段接近同向排列的构象过渡需要一个过程,而使一个分子链的各链段完全进入与外力大小相应的新构象分布时,需要更长的时间。