超聲波液位計(jì)阻抗?jié)u變吸聲結(jié)構(gòu)解決了高損耗材料阻抗不匹配時(shí)的強(qiáng)反射和采用小損耗覆蓋材料但需要很厚的
問題。對于阻抗?jié)u變吸聲結(jié)構(gòu),如何進(jìn)行阻抗梯度的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵,吸聲結(jié)構(gòu)的表面等效阻抗應(yīng)與周圍水介質(zhì)的阻抗匹配,并且要盡量增加材料的聲能損耗,這樣才能減少聲能的第一次和第二次反射。Emery[ 2 ]對水下吸聲材料進(jìn)行的研究中指出:在高頻時(shí),阻抗匹配可以減小反射系數(shù);低頻時(shí),通過采用不同厚度、阻抗的多層結(jié)構(gòu),可以解決因各層界面反射波的干涉而出現(xiàn)反射峰值的問題,如圖1所示;也可采用各層填料或空氣含量逐漸變化來實(shí)現(xiàn)阻抗的多層漸變,達(dá)到減小反射的目的,如圖2所示。Beretil等人[ 3 ]研究了在去耦涂層上面覆蓋一層吸聲涂層而制成的雙層涂層,在不增加吸聲材料厚度的情況下,能極大提高材料的低頻吸聲性能。Forest[ 4 ]選用粒度為80 μm和315 mm的二氧化硅氣凝膠顆粒,并制成含阻抗匹配層和吸聲層的雙層吸聲結(jié)構(gòu),研究結(jié)果表明,在低頻范圍內(nèi)其吸聲性能要高于相同厚度的均勻結(jié)構(gòu)。國內(nèi)也對梯度高分子材料在不同厚度及梯度阻抗情下的聲衰減效果進(jìn)行了大量的研究。關(guān)于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在潛艇聲隱身結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用,在國外已有30多年的歷史,應(yīng)用部位也由原來
的舵、翼等附體結(jié)構(gòu),發(fā)展到了潛艇非耐壓殼體等主要結(jié)構(gòu)上[ 5 ] 。利用比強(qiáng)度高、比剛度高、透聲性能好、振動(dòng)阻尼性能好、成型工藝簡單的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料表層和吸聲高分子芯材制成的夾芯復(fù)合吸聲結(jié)構(gòu),可以代替原有的“鋼結(jié)構(gòu)+吸聲覆蓋”的吸聲結(jié)構(gòu)[ 6 - 7 ] ,已成為未來水下目標(biāo)聲隱身結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢,其中吸聲芯材還可根據(jù)需要設(shè)計(jì)為多層形式。這種夾芯結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的振動(dòng)阻尼和吸聲性能,同時(shí)其力學(xué)性能可根據(jù)水下結(jié)構(gòu)的承載在內(nèi)部設(shè)計(jì)支撐,如圖3示。文獻(xiàn)[ 6 ]對類似的夾芯材料結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了介紹,指出通過合理選擇內(nèi)部吸聲芯料及各層的配優(yōu)化,可以同時(shí)獲得良好的吸聲性能和力學(xué)性能,這種夾芯復(fù)合吸聲結(jié)構(gòu)可直接代替鋼結(jié)構(gòu)作為水下目標(biāo)殼板,改變了鋼板外面敷設(shè)吸聲覆蓋層的傳統(tǒng)吸聲結(jié)構(gòu),從根本上解決了覆蓋層脫落的問題。1988美國在“洛杉磯”級(jí)攻擊型核潛艇上首次敷設(shè)了由玻璃纖維和聚氨脂組成的雙層鋁板固定式吸聲結(jié)構(gòu),阻抗?jié)u變復(fù)合吸聲結(jié)構(gòu)應(yīng)用廣泛,由于其結(jié)構(gòu)形式簡單,工藝成形性好,可通過結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)而獲得較好的吸聲效果。如在夾芯復(fù)合吸聲結(jié)構(gòu)中的芯材采用阻抗?jié)u變設(shè)計(jì),既可以應(yīng)用于聲學(xué)硬背襯的非耐壓殼體、可拆板,也可以替代聲學(xué)軟背襯的舵、穩(wěn)定翼、指揮臺(tái)圍殼等的殼板結(jié)構(gòu),從而實(shí)現(xiàn)承載和隱身的一體化。但由于殼板厚度定,還必須通過內(nèi)部孔腔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)而改善低頻吸聲性能。http://www.hiaddragon.cn/ |
