小型機械單元平面陣列的低頻寬帶多層吸聲裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種小型機械單元平面陣列的低頻寬帶多層吸聲裝置屬于噪聲控制【技術(shù)領(lǐng)域】。其特征是，在需要減少聲波反射的背墻前，交替安裝聲學材料層和小型機械單元平面陣列，以實現(xiàn)低頻寬帶吸聲。小型機械單元平面陣列是在板上周期嵌入小型機械單元所構(gòu)成的。小型機械單元由機架、聲波輸入構(gòu)件、正向放大機構(gòu)或反向放大機構(gòu)、聲波輸出構(gòu)件以及阻尼器或阻尼材料組成。聲學材料層采用多孔吸聲材料，各層聲阻抗不同。其中小型機械單元平面陣列，一方面通過阻抗變換減小吸聲結(jié)構(gòu)的尺寸，另一方面通過小型機械陣列和聲學材料層的聲波諧振，利用阻尼器實現(xiàn)低頻寬帶吸聲。本發(fā)明的效果和益處是，在工作原理上，與現(xiàn)有的多層吸聲結(jié)構(gòu)有較大差別，在低頻寬帶吸波方面，具有很大的優(yōu)勢，特別適合于水下潛艇的隱身。
【專利說明】小型機械單元平面陣列的低頻寬帶多層吸聲裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境噪聲控制【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及到低頻寬帶多層吸聲結(jié)構(gòu)，特別涉及到適用于水下潛艇隱身的、小型機械單元平面陣列的低頻寬帶多層吸聲裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，國內(nèi)外的許多學者和工程技術(shù)人員，都在開展多層吸聲結(jié)構(gòu)的研宄工作，或用于民用或用于軍工。總體而言，國內(nèi)外的相關(guān)文獻和專利主要是，以吸聲材料或亥姆赫茲共振腔為基礎(chǔ)，來設(shè)計寬頻吸聲結(jié)構(gòu)?？諝庵幸话悴捎梦⒋┛装寤蚨嗫孜暡牧蟻碓O(shè)計吸聲結(jié)構(gòu)，水中一般采用具有特殊孔型的水聲橡膠來設(shè)計消聲瓦。但這些吸聲結(jié)構(gòu)主要是針對中高頻噪音的吸聲降噪，目前基于這些現(xiàn)有理論的吸聲結(jié)構(gòu)向低頻擴展極其困難，或由于吸聲材料低頻特性差、或由于共振腔低頻尺寸過大不實用，很難突破。
[0003]本發(fā)明融合聲學和機械兩個領(lǐng)域的理論，主要針對低頻寬帶吸聲降噪，提出了一種基于全新設(shè)計理念的聲波吸收結(jié)構(gòu)一一小型機械單元平面陣列的低頻寬帶多層吸聲裝置。至今為止，國內(nèi)外尚未見到有研宄嵌入小型機械單元平面陣列的多層吸聲結(jié)構(gòu)的研宄報道、文獻或?qū)＠?br>

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明主要針對低頻寬帶吸聲降噪，提供一種新的聲波吸收結(jié)構(gòu)一一小型機械單元平面陣列的低頻寬帶多層吸聲裝置。
[0005]本發(fā)明解決技術(shù)問題采用的技術(shù)方案如下:
[0006]小型機械單元平面陣列的低頻寬帶多層吸聲裝置，其特征是:兩端為聲學材料層，中間是小型機械單元平面陣列和聲學材料層交替排布，實現(xiàn)低頻寬帶吸聲，如圖1所示。
[0007]其中小型機械單元平面陣列是在板上周期嵌入小型機械單元所形成的。小型機械單元平面陣列包括布滿等間距孔的板、板上孔內(nèi)安裝小型機械單元、孔腔幾何參數(shù)和小型機械單元幾何參數(shù)相配合?？椎男螤畎ǚ叫?、圓形、橢圓形、三角形等各種形狀，孔腔包括等截面或變截面等。
[0008]其中小型機械單元是小型機械單元平面陣列的基本單元。小型機械單元包括機架、聲波輸入構(gòu)件、正向放大機構(gòu)或反向放大機構(gòu)、聲波輸出構(gòu)件以及阻尼元件，如圖3、4、
5、6、7所示。小型機械單元的機架為小型機械單元的側(cè)壁，與板基體上的孔壁接觸。小型機械單元平面陣列靠近聲源一側(cè)為外側(cè)，靠近背墻一側(cè)為內(nèi)側(cè)，則小型機械單元從外側(cè)到內(nèi)側(cè)依次為聲波輸入構(gòu)件、正向或反向放大機構(gòu)和聲波輸出構(gòu)件。同時，在聲波輸入構(gòu)件和聲波輸出構(gòu)件之間安裝阻尼元件，包括阻尼器或阻尼材料，如圖5、6所示。
[0009]小型機械單元的基本型式為，位移放大機構(gòu)一端通過一個或多個普通鉸鏈或柔性鉸鏈和聲波輸入構(gòu)件相連，一端通過一個或多個普通鉸鏈或柔性鉸鏈和聲波輸出構(gòu)件相連，另外還通過多個普通鉸鏈或柔性鉸鏈和小型機械單元的機架相連。本發(fā)明采納的小型機械單元的基本型式多樣，不僅局限于本發(fā)明圖示的小型機械單元基本型A和小型機械單元基本型B。本發(fā)明采納的小型機械單元的型式包括:小型機械單元的基本型式、小型機械單元的基本型式加阻尼器、小型機械單元的基本型式加阻尼材料。其中小型機械單元的基本型式加阻尼器，是在小型機械單元基本型式的聲波輸入構(gòu)件和聲波輸出構(gòu)件之間加阻尼器。小型機械單元的基本型式加阻尼材料，是在小型機械單元基本型式的聲波輸入構(gòu)件和聲波輸出構(gòu)件之間加阻尼材料。
[0010]小型機械單元的聲波輸入和輸出構(gòu)件，是由金屬、硬塑料或復(fù)合材料等制成的薄殼。
[0011]小型機械單元的正向或反向放大機構(gòu)，位于聲波輸入構(gòu)件和聲波輸出構(gòu)件之間，采用剛性機構(gòu)或柔性機構(gòu)，分別通過鉸鏈和聲波輸入構(gòu)件、聲波輸出構(gòu)件以及機架相連。放大機構(gòu)中的鉸鏈可采用普通鉸鏈或柔性鉸鏈，其中桿可用弦或彈簧代替。
[0012]同時，在小型機械單元的聲波輸入構(gòu)件、聲波輸出構(gòu)件和位移放大機構(gòu)上加預(yù)應(yīng)力，以調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)和承受靜載荷。
[0013]其中聲學材料層為不多于10層的聲學材料介質(zhì)層，各層材料均為多孔吸聲材料，如聚氨酯、聚酯纖維、丁基橡膠、凝膠等，每層厚度不大于300_。當本結(jié)構(gòu)用于水下吸聲時，最外層聲學材料層選為水聲橡膠。
[0014]這樣，從外側(cè)到背墻，依次交替排布聲學材料層和小型機械單元平面陣列，就構(gòu)成了本發(fā)明提出的小型機械單元平面陣列的低頻寬帶多層吸聲裝置。其中小型機械單元平面陣列，一方面通過阻抗變換減小吸聲結(jié)構(gòu)的尺寸，另一方面通過選擇聲學材料層的厚度，使小型機械陣列和聲學材料層產(chǎn)生聲波諧振，以實現(xiàn)低頻寬帶吸聲。聲學材料層和小型機械單元平面陣列之間通過粘接等方式連接，小型機械單元平面陣列的低頻寬帶多層吸聲裝置，通過多個支撐桿固定在背墻上。
[0015]本發(fā)明公開的小型機械單元平面陣列的低頻寬帶多層吸聲裝置，主要通過小型機械陣列進行阻抗變換，實現(xiàn)低聲速和高聲速材料的匹配，并通過其中的阻尼元件的諧振吸收低頻能量，這一工作原理與現(xiàn)有的多層吸聲結(jié)構(gòu)有較大差別，在低頻寬帶吸波方面，具有很大的優(yōu)勢，特別適合于水下潛艇的隱身。至今，國內(nèi)外未見任何相關(guān)的報道、文獻和專利發(fā)表。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是小型機械單元平面陣列的低頻寬帶多層吸聲裝置。
[0017]圖2是小型機械單元平面陣列局部放大側(cè)視圖。
[0018]圖3是小型機械單元平面陣列局部放大主視圖。
[0019]圖4是小型機械單元基本型A。
[0020]圖5是小型機械單元基本型A加阻尼器。
[0021]圖6是小型機械單元基本型A加阻尼材料。
[0022]圖7是小型機械單元基本型B。
[0023]圖中:1聲學材料層；2小型機械單元平面陣列；3需要減少聲波反射的背墻；
[0024]4將本吸聲裝置固定在背墻上的支撐桿；5小型機械單元平面陣列基體；
[0025]6小型機械單元；7聲波輸入構(gòu)件；8聲波輸出構(gòu)件；9放大機構(gòu)；
[0026]10小型機械單元機架；11鉸鏈；12阻尼器；13阻尼材料

【具體實施方式】
[0027]由于應(yīng)用環(huán)境不同，如空氣中或水中，以及要求的聲波吸波頻率范圍不同，本發(fā)明公開的小型機械單元平面陣列的低頻寬帶多層吸聲裝置參數(shù)將有所變化。
[0028]下面針對水中環(huán)境的一個具體實例，結(jié)合技術(shù)方案和附圖進行詳細敘述。
[0029]實施例:水中，吸聲頻段10Hz-2000Hz
[0030]小型機械單元平面陣列2中的板由金屬制成，厚度25mm，上面有間距且尺寸相同的方孔，方孔尺寸小于80*80mm，相鄰方孔間壁厚小于8mm，如圖1、2所示。
[0031]小型機械單元6采用如圖5所示的型式，即小型機械單元基本型A加阻尼器的型式，具體尺寸參數(shù)與方孔匹配。機架10由金屬制成，壁厚小于8_。聲波輸入構(gòu)件7和聲波輸出構(gòu)件8均為截面為方形的金屬薄殼，厚度小于5mm。放大機構(gòu)9采用柔性機構(gòu)，分別通過柔性鉸鏈和聲波輸入構(gòu)件7、聲波輸出構(gòu)件8以及機架10相連。在聲波輸入構(gòu)件7和聲波輸出構(gòu)件8之間安裝阻尼器12。
[0032]聲學材料層包括五層，從外側(cè)到內(nèi)側(cè)分別為第一、第二、第三層、第四層和第五層。第一層是遠離背墻一側(cè)的最外層，材料為水聲橡膠，厚度2_ ;第二層至第五層材料為多孔吸聲橡膠或凝膠，厚度依次為160mm、80mm、30mm和20mm。
[0033]從外側(cè)到背墻，依次交替安裝聲學材料層和小型機械單元平面陣列，就構(gòu)成了本發(fā)明提出的小型機械單元平面陣列的低頻寬帶多層吸聲裝置。其中聲學材料層為五層、小型機械單元平面陣列四層，位移放大倍數(shù)分別為10、2、1.5和1.2，聲學材料層和小型機械單元平面陣列之間通過粘接等方式連接，小型機械單元平面陣列的低頻寬帶多層吸聲裝置通過多個支撐桿4固定在背墻3上。
[0034]本發(fā)明公開的小型機械單元平面陣列的低頻寬帶多層吸聲裝置，總厚度為392mm，如零部件加工精細，并進一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)和材料，尺寸可進一步減小。
【權(quán)利要求】
1.一種小型機械單元平面陣列的低頻寬帶多層吸聲裝置，其特征是:兩端為聲學材料層，中間是小型機械單元平面陣列和聲學材料層交替排布，實現(xiàn)低頻寬帶吸聲； 其中小型機械單元平面陣列是在板上周期嵌入小型機械單元所形成；小型機械單元從外側(cè)到內(nèi)側(cè)依次為聲波輸入構(gòu)件、位移放大機構(gòu)和聲波輸出構(gòu)件，并在聲波輸入構(gòu)件和聲波輸出構(gòu)件之間安裝阻尼元件；同時，在聲波輸入構(gòu)件、聲波輸出構(gòu)件和位移放大機構(gòu)上加預(yù)應(yīng)力，以調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)和承受靜載荷； 其中，聲學材料層不多于10層；聲學材料層和小型機械單元平面陣列之間通過粘接等方式連接，小型機械單元平面陣列的低頻寬帶多層吸聲裝置，通過多個支撐桿固定。
2.如權(quán)利要求1所述的低頻寬帶多層吸聲裝置，其特征是:一方面通過小型機械單元平面陣列阻抗的變換，大幅減小吸聲結(jié)構(gòu)尺寸；另一方面通過選擇合適的聲學材料層厚度，使小型機械陣列和聲學材料層產(chǎn)生聲波諧振，利用阻尼元件實現(xiàn)低頻寬帶吸聲。
3.如權(quán)利要求1或2所述的低頻寬帶多層吸聲裝置，其特征是:小型機械單元平面陣列的板上布滿了等間距的孔，孔內(nèi)安裝小型機械單元，孔腔幾何參數(shù)和小型機械單元幾何參數(shù)相配合。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的低頻寬帶多層吸聲裝置，其特征是:小型機械單元的基本型式為，位移放大機構(gòu)一端通過一個或多個普通鉸鏈或柔性鉸鏈和聲波輸入構(gòu)件相連，一端通過一個或多個普通鉸鏈或柔性鉸鏈和聲波輸出構(gòu)件相連，另外還通過多個普通鉸鏈或柔性鉸鏈和小型機械單元的機架相連。
5.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的低頻寬帶多層吸聲裝置，其特征是:小型機械單元的幾種型式為，小型機械單元的基本型式、小型機械單元的基本型式加阻尼器、小型機械單元的基本型式加阻尼材料；其中小型機械單元的基本型式加阻尼器，是在小型機械單元基本型式的聲波輸入構(gòu)件和聲波輸出構(gòu)件之間加阻尼器；小型機械單元的基本型式加阻尼材料，是在小型機械單元基本型式的聲波輸入構(gòu)件和聲波輸出構(gòu)件之間加阻尼材料。
6.如權(quán)利要求1或2或3或4或5所述的低頻寬帶多層吸聲裝置，其特征是:小型機械單元的聲波輸入構(gòu)件和聲波輸出構(gòu)件是由金屬、硬塑料或復(fù)合材料制成的薄殼。
7.如權(quán)利要求1或2或3或4或5所述的低頻寬帶多層吸聲裝置，其特征是:小型機械單元的位移放大機構(gòu)位于聲波輸入構(gòu)件和聲波輸出構(gòu)件之間，采用剛性機構(gòu)或柔性機構(gòu)；放大機構(gòu)中的鉸鏈包括普通鉸鏈或柔性鉸鏈，其中桿用弦或彈簧代替。
8.如權(quán)利要求1或2所述的低頻寬帶多層吸聲裝置，其特征是:聲學材料層中每層材料均為多孔吸聲材料，包括聚氨酯、聚酯纖維、丁基橡膠、凝膠，每層特征參數(shù)或材料層厚度按權(quán)利要求2選?。划敱窘Y(jié)構(gòu)用于水下吸聲時，最外層聲學材料層選為水聲橡膠。
【文檔編號】G10K11/168GK104464713SQ201410639716
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月13日
【發(fā)明者】王曉明, 梅玉林 申請人:大連理工大學