一种船用导流罩夹芯式透声窗结构 |
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| 申请号 | CN201710456691.X | 申请日 | 2017-06-16 | 公开(公告)号 | CN107128032A | 公开(公告)日 | 2017-09-05 |
| 申请人 | 哈尔滨工程大学船舶装备科技有限公司; | 发明人 | 李平; 原慜; 王丽君; | ||||
| 摘要 | 一种船用导流罩夹芯式透声窗结构形式。主体为夹芯结构，包含内外约束层和夹芯，约束 面层 材料为 纤维 增强 树脂 基 复合材料 或 钛 合金 ，芯层材料为粘弹性材料，约束面层与芯层紧密粘合。本 发明 综合考虑结构在强度与声学特性方面的要求，在满足结构强度之余，兼具透声性能良好，插入损失小、阻尼因子大、比强度高，减小了表面 湍流 脉动激励下产生的自噪声，进而降低了流噪声对声纳天线的 信号 干扰。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种船用导流罩夹芯式透声窗结构，其特征在于，所述船用导流罩夹芯式透声窗结构包括内约束面层(1)、外约束面层(3)和中间的芯层(2)，所述芯层(2)紧密粘合于内约束面层(1)和外约束面层(3)之间；所述内约束面层(1)和外约束面层(3)采用纤维增强树脂基复合材料或钛合金制成，所述的芯层(2)采用粘弹性材料制成。 |
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| 说明书全文 | 一种船用导流罩夹芯式透声窗结构技术领域[0001] 本发明涉及一种船用导流罩夹芯式透声窗结构，属于船用声学技术领域。 背景技术[0002] 现代大、中型船艇艏底部大多配置了艏探测综合声呐基阵，为了避免水流对声呐基阵的冲击，使基阵免受“伪声”的直接干扰，通常在声呐基阵外面配置导流罩。装有声呐的船艇球鼻艏导流罩是水下反潜作战的探测窗口。作为设备的工作舱室，船艇球鼻艏导流罩透声窗结构要求具有良好的声学性能、较小的波束畸变、良好的流体动力性能以及较低的自噪声。因此声呐罩的材料、线型和结构的声学设计要在保证船体外形、满足结构强度的前提下，实现良好的声学性能，完成为声呐提供优良服务的主要功能。 [0003] 声呐导流罩需要透声材料。最早的声呐罩是采用不锈钢材料，壳板薄钢板降低了导流罩的透声性，为了提高壳板材料的透声性能，在钢制材料基础上，发展了钛合金、钢丝网增强橡胶、玻璃钢(GFRP)等壳板材料。上述结构形式在某些方面的性能突出，但其综合性能还不尽理想。尤其在流噪声降低的性能上存在比较大的性能缺陷。 发明内容[0004] 本发明为了解决现有技术中的船用导流罩降低流噪声性能较差的技术问题，提出来一种船用倒流罩夹芯式透声窗结构，所采取的技术方案如下： [0005] 一种船用导流罩夹芯式透声窗结构，所述船用导流罩夹芯式透声窗结构包括内约束面层1、外约束面层3和中间的芯层2，所述芯层2紧密粘合于内约束面层1和外约束面层3之间；所述内约束面层1和外约束面层3采用纤维增强树脂基复合材料或钛合金制成，所述的芯层2采用粘弹性材料制成。 [0007] 进一步地，所述芯层2采用聚氨酯类粘弹性材料制成。 [0008] 进一步地，所述芯层2的阻尼因子为0.25～0.55。 [0009] 进一步地，所述外约束面层3厚度为0.2～5mm；所述内约束面层1厚度为0.2～5mm；所述芯层2厚度为25～40mm。 [0010] 本发明有益效果： [0011] 本发明提出的船用导流罩夹芯式透声窗结构，具体为两侧面层与中间芯层结合的夹芯结构形式，面层材质为纤维增强复合材料或钛合金，芯层材料为粘弹性材料。利用粘弹性材料中纵波和横波传播截止效应和粘弹性层阻抗失配的机理，以及面层材料的高强度特性，实现了整体结构具有插入损失小、阻尼因子大、比强度高等优异性能，同时，本发明所述船用导流罩夹芯式透声窗通过上述夹芯组合能够有效减少导流罩表面由于湍流脉动激励而产生的透声窗壳板振动，进而降低了换能器表面的自噪声，通过选取适当的结构和材料参数，自噪声最高可降低6dB，相比现有的单层透声窗降噪性能提升了2～5倍；大大降低了流噪声对声呐天线的信号干扰，提高了声呐天线的信号接收的稳定性。 [0012] 此外，本发明提出的船用导流罩夹芯式透声窗结构解决了现有技术中透声窗结构无法兼顾高强度和降噪的问题，实现了高强度和降噪之间的协调兼顾，同时，本发明的导流罩夹芯式透声窗结构在保持高强度的前提下，降噪特性最高可达6dB。附图说明 [0013] 图1为本发明所述船用导流罩夹芯式透声窗结构的结构示意图。 [0014] (1，内约束面层；2，芯层；3，外约束面层) 具体实施方式[0015] 下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不受实施例的限制。 [0016] 实施例1： [0017] 一种船用导流罩夹芯式透声窗结构，所述船用导流罩夹芯式透声窗结构包括内约束面层1、外约束面层3和芯层2，所述芯层2紧密粘合于内约束面层1和外约束面层3之间；所述内约束面层1和外约束面层3均采用纤维增强树脂基复合材料，所述的芯层2采用粘弹性材料制成。 [0018] 其中，所述内约束面层1和外约束面层3采用碳纤维增强复合材料；所述芯层2采用聚氨酯类粘弹性材料制成。所述外约束面层3厚度为0.2mm；所述内约束面层1厚度为0.2mm，所述芯层2厚度为25mm，并且所述芯层2的阻尼因子为0.25。 [0019] 本实施例中的所述船用导流罩夹芯式透声窗结构的夹芯式三层结构设计为内约束面层1和外约束面层3均采用碳纤维增强复合材料，芯层2采用聚氨酯类粘弹性材料，并且，内约束面层1和外约束面层3的厚度相同；这种设计能够有效减少导流罩表面由于湍流脉动激励下而产生的自噪声；大大降低了流噪声对声呐天线的信号干扰，提高了声呐天线的信号接收的稳定性。 [0020] 此外，本实施例提出的船用导流罩夹芯式透声窗结构解决了现有技术中透声窗结构无法兼顾高强度和高吸能特性的问题，实现了高强度和高吸能特性之间的协调兼顾，同时，本发明的导流罩夹芯式透声窗结构在保持高强度的前提下，降噪特性最高可达6dB。 [0021] 实施例2 [0022] 本实施例是对实施例1所述内约束面层1和外约束面层3的进一步改进，具体为：本实施例中的所述船用导流罩夹芯式透声窗结构的夹芯式三层结构设计为内约束面层1和外约束面层3均采用玻璃钢，芯层2采用聚氨酯类粘弹性材料，其他部件的安装位置和尺寸与实施例1相同。 [0023] 这种设计能够有效减少导流罩表面由于湍流脉动激励下而产生的自噪声，自噪声最高可降低90％；大大降低了流噪声对声呐天线的信号干扰，提高了声呐天线的信号接收的稳定性。 [0024] 此外，本实施例的船用导流罩夹芯式透声窗结构解决了现有技术中透声窗结构无法兼顾高强度和高吸能特性的问题，实现了高强度和高吸能特性之间的协调兼顾，同时，本发明的导流罩夹芯式透声窗结构在保持高强度的前提下，降噪特性最高可达6dB。 [0025] 实施例3 [0026] 本实施例是对实施例1所述内约束面层1和外约束面层3的进一步改进，具体为：本实施例中的所述船用导流罩夹芯式透声窗结构的夹芯式三层结构设计为内约束面层1和外约束面层3均采用钛合金，芯层2采用聚氨酯类粘弹性材料，其他部件的安装位置和尺寸与实施例1相同。 [0027] 这种设计能够有效减少导流罩表面由于湍流脉动激励下而产生的自噪声，自噪声最高可降低92％；大大降低了流噪声对声呐天线的信号干扰，提高了声呐天线的信号接收的稳定性。 [0028] 此外，本实施例提出的船用导流罩夹芯式透声窗结构解决了现有技术中透声窗结构无法兼顾高强度和高吸能特性的问题，实现了高强度和高吸能特性之间的协调兼顾，同时，本发明的导流罩夹芯式透声窗结构在保持高强度的前提下，降噪特性最高可达6dB。 [0029] 实施例4 [0030] 本实施例是对实施例1所述内约束面层1、芯层2和外约束面层3尺寸的进一步改进，具体为：本实施例中，所述外约束面层3厚度为2.5mm；所述内约束面层1厚度为2.5mm，所述芯层2厚度为30mm，并且所述芯层2的阻尼因子为0.3。其他部件的安装位置和材料与实施例1相同。 [0031] 这种设计能够有效减少导流罩表面由于湍流脉动激励下而产生的自噪声，自噪声最高可降低95％；大大降低了流噪声对声呐天线的信号干扰，提高了声呐天线的信号接收的稳定性。 [0032] 此外，本实施例提出的船用导流罩夹芯式透声窗结构解决了现有技术中透声窗结构无法兼顾高强度和高吸能特性的问题，实现了高强度和高吸能特性之间的协调兼顾，同时，本发明的导流罩夹芯式透声窗结构在保持高强度的前提下，降噪特性最高可达6dB。 [0033] 实施例5 [0034] 本实施例是对实施例1所述内约束面层1、芯层2和外约束面层3尺寸的进一步改进，具体为：本实施例中，所述外约束面层3厚度为5mm；所述内约束面层1厚度为5mm，所述芯层2厚度为40mm，并且所述芯层2的阻尼因子为0.55。其他部件的安装位置和材料与实施例1相同。 [0035] 这种设计能够有效减少导流罩表面由于湍流脉动激励下而产生的自噪声，自噪声最高可降低98％；大大降低了流噪声对声呐天线的信号干扰，提高了声呐天线的信号接收的稳定性。此外，本实施例提出的船用导流罩夹芯式透声窗结构解决了现有技术中透声窗结构无法兼顾高强度和高吸能特性的问题，实现了高强度和高吸能特性之间的协调兼顾，同时，本发明的导流罩夹芯式透声窗结构在保持高强度的前提下，降噪特性最高可达6dB。 [0036] 实施例6 [0037] 一种船用导流罩夹芯式透声窗结构，所述船用导流罩夹芯式透声窗结构包括内约束面层1、外约束面层3和中间的芯层2，所述芯层2紧密粘合于内约束面层1和外约束面层3之间；所述内约束面层1和外约束面层3均采用纤维增强树脂基复合材料，所述的芯层2采用粘弹性材料制成。 [0038] 其中，所述内约束面层1和外约束面层3采用碳纤维增强复合材料制成；所述芯层2采用聚氨酯类粘弹性材料制成。所述外约束面层3厚度为0.2mm；所述内约束面层1厚度为5mm，或所述外约束面层3厚度为5mm；所述内约束面层1厚度为0.2mm；所述芯层2厚度为 40mm；所述芯层2的阻尼因子为0.55。 [0039] 本实施例中的所述船用导流罩夹芯式透声窗结构的夹芯式三层结构设计为内约束面层1和外约束面层3均采用碳纤维增强复合材料，芯层2采用聚氨酯类粘弹性材料，并且，内约束面层1和外约束面层3的厚度不同；这种设计能够有效减少导流罩表面由于湍流脉动激励下而产生的自噪声，自噪声最高可降低93％；大大降低了流噪声对声呐天线的信号干扰，提高了声呐天线的信号接收的稳定性。 [0040] 此外，本实施例提出的船用导流罩夹芯式透声窗结构解决了现有技术中透声窗结构无法兼顾高强度和高吸能特性的问题，实现了高强度和高吸能特性之间的协调兼顾，同时，本发明的导流罩夹芯式透声窗结构在保持高强度的前提下，降噪特性最高可达6dB。 [0041] 实施例7 [0042] 一种船用导流罩夹芯式透声窗结构，所述船用导流罩夹芯式透声窗结构包括内约束面层1、外约束面层3和中间的芯层2，所述芯层2紧密粘合于内约束面层1和外约束面层3之间；所述内约束面层1和外约束面层3均采用纤维增强树脂基复合材料，所述的芯层2采用粘弹性材料制成。 [0043] 其中，所述内约束面层1采用玻璃钢层，外约束面层3采用碳纤维增强复合材料层，或者所述内约束面层1采用碳纤维增强复合材料层，外约束面层3采用玻璃钢层；所述芯层2采用聚氨酯类粘弹性材料制成。所述玻璃钢层厚度为0.2mm，碳纤维增强复合材料层厚度为5mm，或玻璃钢层厚度为5mm，碳纤维增强复合材料层厚度为0.2mm；所述芯层2厚度为40mm； 所述芯层2的阻尼因子为0.55。 [0044] 本实施例中的所述船用导流罩夹芯式透声窗结构的夹芯式三层结构设计为内约束面层1和外约束面层3均采用不同材料，并且，内约束面层1和外约束面层3的厚度不同；这种设计能够有效减少导流罩表面由于湍流脉动激励下而产生的自噪声，自噪声最高可降低96％；大大降低了流噪声对声呐天线的信号干扰，提高了声呐天线的信号接收的稳定性。 [0045] 此外，本实施例提出的船用导流罩夹芯式透声窗结构解决了现有技术中透声窗结构无法兼顾高强度和高吸能特性的问题，实现了高强度和高吸能特性之间的协调兼顾，同时，本发明的导流罩夹芯式透声窗结构在保持高强度的前提下，降噪特性最高可达6dB。 [0046] 实施例8 [0047] 一种船用导流罩夹芯式透声窗结构，所述船用导流罩夹芯式透声窗结构包括内约束面层1、外约束面层3和中间的芯层2，所述芯层2紧密粘合于内约束面层1和外约束面层3之间；所述内约束面层1采用钛合金材料制成，外约束面层3均采用纤维增强树脂基复合材料(玻璃钢层或碳纤维增强复合材料层)，所述的芯层2采用粘弹性材料制成。 [0048] 其中，所述内约束面层1采用玻璃钢层，外约束面层3采用碳纤维增强复合材料层，或者所述内约束面层1采用碳纤维增强复合材料层，外约束面层3采用玻璃钢层；所述芯层2采用聚氨酯类粘弹性材料制成。所述内约束面层厚度为0.2mm，外约束面层厚度为5mm，或内约束面层厚度为5mm，外约束面层厚度为0.2mm；所述芯层2厚度为40mm；所述芯层2的阻尼因子为0.55。 [0049] 本实施例中的所述内约束面层1采用钛合金材料；所述外约束面层3采用纤维增强树脂基复合材料，并且，内约束面层1和外约束面层3的厚度不同；这种设计能够有效减少导流罩表面由于湍流脉动激励下而产生的自噪声，自噪声最高可降低94％；大大降低了流噪声对声呐天线的信号干扰，提高了声呐天线的信号接收的稳定性。 [0050] 此外，本实施例提出的船用导流罩夹芯式透声窗结构解决了现有技术中透声窗结构无法兼顾高强度和高吸能特性的问题，实现了高强度和高吸能特性之间的协调兼顾，同时，本发明的导流罩夹芯式透声窗结构在保持高强度的前提下，降噪特性最高可达6dB。 |
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