[发明专利]交叉开槽低频水下吸声深亚波长超结构

说明书

本发明公开了一种交叉开槽低频水下吸声深亚波长超结构，包括橡胶，多个交叉开槽在竖直方向位于橡胶的下侧，橡胶下侧与钢板连接，构成交叉开槽低频水下吸声深亚波长超结构。本发明结构实现了深亚波长尺寸结构的低频强吸声，可以铺设于水下装备表面，实现水下低频减振降噪的需求，具有很广泛的工程应用前景，为水下装备的低频减振降噪问题提供了全新的解决方案。

技术领域

本发明属于水下吸声技术领域，具体涉及一种交叉开槽低频水下吸声深亚波长超结构。

背景技术

声波是目前唯一能够在水下远距离传输信息的通信方式，因此对于水下结构来说，其减振降噪问题一直是水声领域的重大工程问题。由于水下低频声波的波长较长，1000Hz的声波波长可达到1.5m，远远大于一般吸声结构的尺寸，因此相对于高频声波而言，低频声波更加难于处理。

对此，研究人员针对水背衬、钢背衬以及空气背衬下的水下吸声结构展开了广泛的研究。目前水下吸声结构以Alberich型吸声覆盖层和局域共振型声子晶体为主，其中在水下声波的激励下，Alberich型吸声覆盖层中空腔上侧的阻尼层会发生鼓状振动；同时，由于阻尼介质与空腔内空气声阻抗的不匹配，会使得声波在空腔表面发生散射；此外，在声波入射到空腔表面时还会发生波形转换，以上即为Alberich型吸声覆盖层的吸声机理。以上所述局域共振型声子晶体，即为一种在具有阻尼作用的固体介质中内嵌周期性局域共振体的水下吸声结构。在低频范围内，局域共振型声子晶体的吸声机理主要是局域共振体在声波激励下的共振造成的剪切损耗；在频率较高时，局域共振型声子晶体的主要吸声机理是局域共振体对固体中声波的散射作用。 目前阶段的研究主要基于以上两种结构形式进行尺寸和材料性能优化设计，目前已经能够实现2000Hz以上的宽带吸声，但在1000Hz及以下的低频范围内，对声波的强吸收还难以实现。除此之外的一些研究则提出了一些相对较为复杂的结构以实现低频吸声，但结构的复杂性不利于工程应用。

总的来看，尽管现有的结构能够实现较宽的吸声频带或较低的吸声频率，但实际工程应用中还存在以下问题：

（1）深亚波长结构对低频声波的吸收难以实现；

（2）低频吸声结构普遍较为复杂，不利于工程应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种交叉开槽低频水下吸声深亚波长超结构，其中超结构橡胶一侧为水声入射侧，钢板一侧为空气背衬，解决深亚波长结构对低频声波的吸收难以实现的难题。

本发明采用以下技术方案：

一种交叉开槽低频水下吸声深亚波长超结构，包括橡胶，多个交叉开槽在竖直方向位于橡胶的下侧，橡胶下侧与钢板连接，构成交叉开槽低频水下吸声深亚波长超结构。

进一步的，在空气背衬下的钢板上铺设橡胶，构成弹簧-振子系统，对水下声波进行吸收，并在橡胶下侧设置交叉开槽，交叉开槽在竖直方向上位于橡胶的下侧，降低结构刚度，使吸声峰值对应的频率向低频移动，实现深亚波长结构对低频声波的吸收。

进一步的，为了使结构在能够实现良好的吸声性能同时，减小结构的厚度，将橡胶的厚度设置为30~50mm。

进一步的，为了使结构吸声峰值频率降低，同时降低结构的质量并减小结构的厚度，将钢板的厚度设置为10~20mm。

进一步的，为了降低结构的刚度，将交叉开槽的高度设置为5~15mm。

进一步的，为了控制结构的刚度在一定范围内变化，将交叉开槽的槽宽设置为1~3mm。

进一步的，为了降低结构的刚度，同时保证开槽处的橡胶具有足够的强度，将相邻两个交叉开槽之间的橡胶厚度设置为4~8mm。

本发明有益效果在于：